备战高考 81.docx
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备战高考81
考点12遗传信息的传递
高考频度:
★★★☆☆难易程度:
★★☆☆☆
考向DNA的复制
一、探究DNA的复制过程
1.方法:
同位素示踪法和密度梯度超速离心技术。
2.实验材料:
大肠杆菌。
3.实验原理
(1)DNA的两条链都用15N标记,那么这样的DNA分子质量大,离心时应该在试管的底部。
(2)两条链中都含有14N,那么这样的DNA分子质量小,离心时应该在试管的上部。
(3)两条链中一条含有15N,一条含有14N,那么这样的DNA分子离心时应该在试管的中部。
4.实验过程
5.实验结果
(1)立即取出,提取DNA→离心→全部重带。
(2)繁殖一代后取出,提取DNA→离心→全部中带。
(3)繁殖两代后取出,提取DNA→离心→1/2轻带,1/2中带。
6.实验结论:
DNA的复制是以半保留的方式进行的。
1.如图所示是研究DNA复制方式的实验,根据这些实验结果进行的推论,正确的是
菌种:
大肠杆菌
培养条件与方法:
(1)在含15N的培养基培养若干代,使DNA均被15N标记(甲图,
(2)转至14N的培养基培养,每30分钟繁殖一代
(3)取出每代DNA样本,并离心分层结果模拟图:
①丙是转入14N培养基中复制一代的结果
②乙是转入14N培养基中复制二代的结果
③出现丁的结果至少需要60分钟
④戊图表示复制三代后不再具有15N标记的DNA
A.①④
B.①③
C.②③
D.①②③
【答案】B
【解析】1、DNA分子的复制方式为半保留复制。
2、已知DNA的复制次数,求子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子数或所占的比例:
一个双链DNA分子,复制n次,形成的子代DNA分子数为2n个。
根据DNA分子半保留复制特点,不管亲代DNA分子复制几次,子代DNA分子中含有亲代DNA单链的DNA分子数都只有两个,占子代DNA总数的2/2n。
①由于DNA分子复制是半保留复制,而丙中DNA是全中,所以丙是转入14N培养基中复制一代的结果,正确;②乙中是1/2重、1/2中,而DNA分子复制是半保留复制,所以复制后不可能有全重的DNA存在,错误;③丁中是1/2中、1/2轻,说明DNA已复制2次,而复制一次需要30分钟,所以出现丁的结果至少需要60分钟,正确;④戊中为全轻,表示不具有15N标记DNA,而DNA分子复制是半保留复制,15N标记的DNA一直存在,错误。
综上所述,B正确,A、C、D错误。
2.DNA的复制方式,可以通过设想来进行预测,可能的情况是全保留复制、半保留复制、分散(弥散)复制三种。
究竟是哪种复制方式呢?
下面设计实验来证明DNA的复制方式。
实验步骤:
a.在氮源为14N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为14N-DNA(对照);
b.在氮源为15N的培养基中生长的大肠杆菌,其DNA分子均为15N-DNA(亲代);
c.将亲代15N大肠杆菌转移到氮源为含14N的培养基中,再连续繁殖两代(Ⅰ和Ⅱ),用密度梯度离心法分离,不同分子量的DNA分子将分布在试管中的不同位置上。
实验预测:
(1)如果与对照(14N/14N)相比,子代Ⅰ能分辨出两条DNA带:
一条_______带和一条_______带,则可以排除_______和分散复制。
(2)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除_______,但不能肯定是____________________________________________________________________________________。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代ⅡDNA密度鉴定:
若子代Ⅱ可以分出______________和____________,则可以排除分散复制,同时肯定是半保留复制;如果子代Ⅱ不能分出______________两条密度带,则排除_______,同时确定为_______。
【答案】
(1)轻(14N/14N)重(15N/15N)半保留复制
(2)全保留复制半保留复制或分散复制
(3)一条中密度带一条轻密度带中、轻半保留复制分散复制
【解析】1、根据题意和图示分析可知:
如果DNA的复制方式为全保留复制,则一个亲代15N-15N的DNA分子复制后,两个子代DNA分子是:
一个15N-15N,一个14N-14N,在离心管中分布的位置是一半在轻带、一半在重带;如果DNA的复制方式为半保留复制,则一个亲代15N-15N的DNA分子复制后,两个子代DNA分子都是15N-14N,在离心管中分布的位置全部在中带。
2、如果DNA的复制方式为分散复制,则一个亲代15N-15N的DNA分子复制后,在离心管中分布的位置全部在中带,这样就不能区分半保留复制和分散复制,再继续做子代ⅡDNA密度鉴定:
如果DNA的复制方式为半保留复制,则一个亲代15N-15N的DNA分子复制2次后,得到的4个DNA分子,一个DNA分子是15N-14N,另外3个DNA分子是14N-14N,在离心管中分布的位置1/4在中带,3/4在轻带;DNA的复制方式为分散复制,则一个亲代15N-15N的DNA分子复制2次后,得到的4个DNA分子,在离心管中分布的位置全部在中带,据此答题。
(1)如果与对照(14N/14N)相比,子Ⅰ代能分辨出两条DNA带:
一条轻(14N/14N)带和一条重(15N/15N),则DNA的复制方式为全保留复制,则可以排除半保留复制和分散复制。
(2)根据以上分析可知,如果子代Ⅰ只有一条中密度带,则可以排除全保留复制,但不能肯定是半保留复制或分散复制。
(3)如果子代Ⅰ只有一条中密度带,再继续做子代ⅡDNA密度鉴定:
若子代Ⅱ可以分出一条中密度带和一条轻密度带,则可以排除分散复制,同时肯定半保留复制;如果子代Ⅱ不能分出中、轻密度两条带,则排除半保留复制,同时确定为分散复制。
二、DNA分子复制的过程
1.DNA复制的概念、时间、场所
概念
以DNA分子为模板合成子代DNA的过程
时间
有丝分裂的间期和减数分裂前的间期
场所
主要是细胞核
2.DNA复制的条件
(1)模板:
亲代DNA分子的两条脱氧核苷酸链分别做模板。
(2)原料:
4种脱氧核苷酸。
(3)酶:
DNA聚合酶等。
(4)能量:
ATP供能。
3.DNA复制的过程
亲代DNA解旋,以亲代DNA分子的两条链为模板,以脱氧核苷酸为单位,通过碱基互补配对原则合成子链,子链与相应的母链盘绕成子代DNA分子。
4.DNA复制的特点
(1)过程:
边解旋边复制边螺旋(不是两条母链完全解开后才合成新的子链)。
(2)方式:
半保留复制(新合成的每个DNA分子中,都保留了原来DNA分子中的一条链)。
5.复制的意义
保持了遗传信息的连续性(使遗传信息从亲代传给了子代)。
6.复制的保障
DNA分子之所以能自我复制,取决于DNA的双螺旋结构,它为复制提供了模板;同时,由于碱基具有互补配对的特性,因此能确保复制的准确性。
在复制过程中,脱氧核苷酸序列具有相对的稳定性,但也可能发生差错,这种稳定性和可变性的统一,是生物遗传和变异的物质基础和根本原因。
7.如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,思考回答:
(1)图中显示DNA分子复制是从多个起点开始的,但并非同时进行。
(2)图中显示DNA分子复制是边解旋边双向复制的。
(3)真核生物的这种复制方式的意义在于提高了复制速率。
(4)一个细胞周期中每个起点一般只起始1次,若为转录时解旋,则每个起点可起始多次。
8.下图为染色体上DNA分子的复制过程,请据图回答问题:
9.DNA分子连续复制的计算规律
已知某一DNA分子用15N标记(0代),将含有该标记DNA分子的细胞(或某种细菌)转移到只含14N的培养基中培养(进行DNA复制)若干代后,其DNA分子数、脱氧核苷酸链数及相关比例如下表:
世代
DNA分子的特点
DNA中脱氧核苷酸链的特点
分子总数
细胞中的DNA分子在离心管中的位置
不同DNA分子占全部DNA分子之比
链总数
不同脱氧核苷酸链占全部链之比
只含15N分子
含14N、15N杂种分子
只含14N分子
含15N的链
含14N的链
0
1
全在下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全在中部
0
1
0
4
2
4
中
上
0
8
3
8
中
上
0
16
n
2n
中1-
上
0
1-
2n+1
1-
【特别提醒】
(1)子代DNA分子中,含14N的有2n个,只含14N的有(2n-2)个,做题时应看准是“含”还是“只含”。
(2)无论复制多少次,含15N的DNA分子始终是2个,占总数比例为
。
(3)子代DNA分子的链中:
总链数2n×2=2n+1条。
含15N的链始终是2条,占总数比例
=
。
做题时,应看准是“DNA分子数”还是“脱氧核苷酸链数”。
3.下图表示DNA复制的过程,结合图示判断,下列有关叙述不正确的是
A.DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链间的氢键,使两条链解开
B.DNA分子的复制具有双向复制的特点,生成的两条子链方向相反
C.DNA分子的复制需要DNA聚合酶将单个脱氧核苷酸连接成DNA片段
D.DNA的两条子链都是连续合成的
【答案】 D
【解析】 由图可知,两条子链中,一条是连续合成的,另一条是不连续合成的。
【归纳总结】
DNA分子复制记忆口诀:
一所、两期、三步、四条件
一所
复制的主要场所:
细胞核
两期
复制的主要时期:
有丝分裂的间期和减数分裂前的间期
三步
复制步骤:
解旋→复制→延伸及重新螺旋
四条件
复制需要的条件:
模板、原料、能量、酶
4.在氮源为14N和15N的培养基上生长的大肠杆菌,其DNA分子分别为14N-DNA(相对分子质量为a)和15N-DNA(相对分子质量为b)。
将亲代大肠杆菌转移到含14N的培养基上,再连续繁殖两代(I和II),用密度梯度离心方法分离得到的结果如下图所示。
下列说法错误的是
A.若继续繁殖到第Ⅲ代,将其离心分离后依然是两个中条带
B.预计第Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量为(7a+b)/8
C.该结果证明了DNA的复制过程是边解旋边复制
D.随着繁殖代数的增加,分离后的中带宽度不变
【答案】C
【解析】根据题干信息和图形分析,14N-DNA相对分子质量为a,位于试管的轻带,则其每条链的相对分子质量为a/2;15N-DNA相对分子质量为b,位于试管的重带,则其每条链的相对分子质量为b/2.将15N-DNA作为亲本在14N的培养基上复制一次获得的子一代(Ⅰ)的两个DNA分子的两条链都分别含有14N、15N,相对分子质量为a/2+b/2,位于中带;在让子一代复制一次获得子二代(Ⅱ)共4个DNA分子,其中两个DNA只含有14N,还有两个DNA分子同时含有14N和15N,因此1/2处于中带、1/2处于轻带。
若继续繁殖到第Ⅲ代,获得8个DNA分子,将其离心分离后依然是两个中带,还有6个位于轻带,A正确;预计第Ⅲ代细菌DNA分子的平均相对分子质量=(2×b/2+14×a/2)÷8=(7a+b)/8,B正确;该结果证明了DNA的复制过程是半保留复制,C错误;随着繁殖代数的增加,分离后中带的DNA分子的数量不变,因此中带的宽度不变,D正确。
【归纳总结】
将含有15N标记的1个DNA分子放在含有14N的培养基中培养,复制n次:
(1)产生2n个DNA分子,其中含15N的DNA分子有2个,含14N的DNA分子有2n个,只含14N的DNA分子数是(2n-2)个。
(2)2n个DNA分子有2n+1条脱氧核苷酸链,其中:
含15N的脱氧核苷酸链数是2条、含14N的脱氧核苷酸链数是(2n+1-2)条。
(3)若亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个,则:
①经过n次复制,共需要消耗该脱氧核苷酸:
m·(2n-1)个。
②在第n次复制时,需要消耗该脱氧核苷酸:
m·2n-1个。
1.下列有关DNA复制的叙述,正确的是
A.DNA在复制过程中只以其中一条链作为模板链
B.DNA的复制通常发生在细胞分裂前期
C.DNA的复制过程是先解旋后复制
D.DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件
2.如图为真核细胞内某基因结构示意图,共由1000对脱氧核苷酸组成,其中碱基A占20%。
下列说法正确的是
A.该基因一定存在于细胞核内DNA上
B.该基因复制时需要RNA聚合酶
C.解旋时打开①处
D.该基因复制3次,需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸4200个
3.用15N标记含有100个碱基对的DNA分子,其中有胞嘧啶60个,该DNA分子在14N的培养基中连续复制4次,其结果不可能是
A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8
C.复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸600个
D.共产生16个DNA分子
4.DNA的复制方式可能有图甲所示的三种方式。
某小组为确定是半保留方式,将含14N-DNA的某细菌转移到含15NH4Cl的培养液中,培养24h后提取子代细菌的DNA,先将DNA热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后再进行密度梯度离心,结果如图乙所示,离心管中出现的两种条带分别对应下图中的两个峰。
下列叙述正确的是
A.所进行操作用到密度梯度超速离心技术和同位素示踪实验
B.由图乙实验结果可推知该细菌的细胞周期大约为6h
C.根据条带的数目和位置可以确定DNA的复制方式
D.若DNA复制方式是弥散复制,则图乙有一个峰
5.如图是DNA分子正常复制的片段,图中编号①~④表示DNA单链。
有关叙述错误的是
A.①和④的碱基序列相同
B.③和④的碱基序列互补
C.该过程可实现遗传信息的传递
D.该过程需要RNA聚合酶参与
6.具有100个碱基对的1个DNA分子区段,内含40个胸腺嘧啶,如果连续复制两次,则需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数
A.60个
B.80个
C.20个
D.180个
7.研究人员将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到15N-DNA培养液中,培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA.将DNA加热处理,即解开双螺旋,变成单链;然后进行密度梯度离心,试管中出现的两种条带含量如下图所示。
下列说法正确的是
A.子代DNA分子共有8个,其中1个DNA分子含有14N
B.该试验可用来探究DNA的半保留复制方式和细胞周期持续时间
C.解开DNA双螺旋的实质是破坏核苷酸之间的磷酸二酯键
D.若直接将子代DNA分子进行密度梯度离心,则相应的条带含量比为1:
3
8.真核细胞中DNA复制如下图所示,下列表述错误的是
A.多起点双向复制能提高DNA复制的效率
B.每个子代DNA都有一条核苷酸链来自亲代
C.复制过程中氢键的破坏和形成都需要DNA聚合酶的催化
D.DNA分子的准确复制依赖于碱基互补配对原则
9.将蚕豆幼苗在含胸腺嘧啶核苷(3H-T)的培养基中培养一段时间,让3H掺入DNA中,从而使染色体带有放射性。
随后,将幼苗转到含有秋水仙素(可持续发挥作用且不会导致细胞死亡)的普通培养基(2H-T)中培养一段时间,剪取根尖,制片并检测染色体的放射性,结果如图,相关说法错误的是
A.秋水仙素的作用是使染色体数目加倍
B.从染色体水平分析,该实验结果证明了DNA进行半保留复制
C.在着丝粒分裂后含3H的染色体比例减半,说明核DNA经历了3次复制
D.若改用尿嘧啶核苷(3H-U)的培养基进行该实验,无法得到相同结果
10.仔细阅读图一和图二,请据图回答问题。
(1)图中④表示的中文名称是____________;⑨表示的化学键为_____________。
(2)图二所示的过程叫_______________。
该过程的特点是___________________。
(3)若用32P标记的1个噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,在释放出来的300个子代噬菌体中,含有32P的噬菌体占总数的____________。
(4)假如图二中的亲代DNA分子含有1000个碱基对,将这个DNA分子放在用32P标记的脱氧核苷酸的培养液中让其复制一次,则新形成的DNA的相对分子质量比原来增加了____________。
(5)图二中的亲代DNA分子在复制时,一条链上的G变成了C,则DNA经过n次复制后,发生差错的DNA占_________。
A.1/2n-1B.1/2C.1/2nD.1/2n+1
11.(2019浙江4月选考·25)在含有BrdU的培养液中进行DNA复制时,BrdU会取代胸苷掺入到新合成的链中,形成BrdU标记链。
当用某种荧光染料对复制后的染色体进行染色,发现含半标记DNA(一条链被标记)的染色单体发出明亮荧光,含全标记DNA(两条链均被标记)的染色单体荧光被抑制(无明亮荧光)。
若将一个细胞置于含BrdU的培养液中,培养到第三个细胞周期的中期进行染色并观察。
下列推测错误的是
A.1/2的染色体荧光被抑制
B.1/4的染色单体发出明亮荧光
C.全部DNA分子被BrdU标记
D.3/4的DNA单链被BrdU标记
12.(2018·浙江4月学考)某研究小组进行“探究DNA的复制过程”的活动,结果如图所示。
其中培养大肠杆菌的唯一氮源是14NH4Cl或15NH4Cl,a、b、c表示离心管编号,条带表示大肠杆菌DNA离心后在离心管中的分布位置。
下列叙述错误的是
A.本活动运用了同位素示踪和密度梯度离心技术
B.a管的结果表明该管中的大肠杆菌是在含14NH4Cl的培养液中培养的
C.b管的结果表明该管中的大肠杆菌的DNA都是15N—14N—DNA
D.实验结果说明DNA分子的复制是半保留复制的
13.(2017·浙江4月选考)若将处于G1期的胡萝卜愈伤组织细胞置于含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养液中,培养至第二次分裂中期。
下列叙述正确的是
A.每条染色体中的两条染色单体均含3H
B.每个DNA分子的两条脱氧核苷酸链均含3H
C.每个DNA分子中均只有一条脱氧核苷酸链含3H
D.每条染色单体均只有一个DNA分子的两条脱氧核苷酸链含3H
14.(2018·海南卷)关于复制、转录和逆转录的叙述,下列说法错误的是
A.逆转录和DNA复制的产物都是DNA
B.转录需要RNA聚合酶,逆转录需要逆转录酶
C.转录和逆转录所需要的反应物都是核糖核苷酸
D.细胞核中的DNA复制和转录都以DNA为模板
1.【答案】D
【解析】1、DNA分子复制的特点:
半保留复制;边解旋边复制,两条子链的合成方向是相反的。
2、DNA分子复制的场所、过程和时间:
(1)DNA分子复制的场所:
细胞核、线粒体和叶绿体。
(2)DNA分子复制的过程:
①解旋:
在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开。
②合成子链:
以解开的每一条母链为模板,以游离的四种脱氧核苷酸为原料,遵循碱基互补配对原则,在有关酶的作用下,各自合成与母链互补的子链。
③形成子代DNA:
每条子链与其对应的母链盘旋成双螺旋结构。
从而形成2个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子。
(3)DNA分子复制的时间:
有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
3、复制需要的基本条件:
(1)模板:
解旋后的两条DNA单链
(2)原料:
四种脱氧核苷酸
(3)能量:
ATP
(4)酶:
解旋酶、DNA聚合酶等
DNA在复制过程中两条链均作为模板链,A错误;DNA的复制通常发生在有丝分裂的间期和减数第一次分
裂前的间期,B错误;DNA的复制过程是边解旋边复制,C错误;由上述分析可知,DNA复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件,D正确。
2.【答案】 D
【解析】 真核细胞内含有DNA的结构有细胞核、线粒体和叶绿体,A错误;DNA复制时需要解旋酶和DNA聚合酶,B错误;解旋时打开氢键,①处是磷酸和脱氧核糖之间的磷酸二酯键,②为氢键,C错误;该基因上鸟嘌呤有2000×(1-40%)/2=600(个),由于DNA复制方式为半保留复制,复制3次得到8个子代DNA分子,相当于增加7个DNA分子,所以需要的鸟嘌呤脱氧核苷酸为600×7=4200(个),D正确。
3.【答案】B
【解析】根据DNA复制为半保留复制,1个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中连续复制4次,共得到24=16个DNA分子,其中只有两个DNA是15N/14N,其余14个DNA均是14N/14N。
1个被15N标记的DNA分子在14N的培养基中连续复制4次,共得到24=16个DNA分子。
根据DNA半保留复制特点可知:
这16个DNA分子中有2个DNA的一条链含有15N,另一条链含有14N,其余14个DNA分子的两条链都含有14N。
由此可见,16个DNA分子都含有14N(比例是100%),含有15N的DNA分子数
为2(占1/8)。
根据有关公式可求出该DNA分子中含40个A,复制4次需腺嘌呤脱氧核苷酸的数量=(24-1)×40=600个,综上所述,B项错误。
4.【答案】D
【解析】据图乙分析可在,图中14N单链和15N单链含量对应的峰值比例为7:
1,而亲代15N单链有2条,故DNA链共有16条,即形成了8个DNA分子,故DNA复制了3次,据此分析。
实验中将获得的DNA热变性解旋成单链后,操作时利用了密度梯度离心对实验结果进行检测,未用到同位素示踪技术,A错误;由于14N单链:
15N单链=1:
7,说明DNA复制了3次,因此可推知该细菌的细胞周期大约为24÷3=8h,B错误;由于DNA经过热变性后解开了双螺旋,变成单链,所以根据条带的数目和位置只能判断DNA单链的标记情况,但无法判断DNA的复制方式,C错误;实验双链的F1中DNA密度梯度离心结果只有一个条带,说明条带之间无差异,在图乙中只有一个峰,说明既不是全保留
复制,也不是半保留复制,则DNA复制方式是弥散复制,D正确。
5.【答案】 D
【解析】 题图为DNA复制,需要DNA聚合酶、解旋酶等酶的参与。
6.【答案】D
【解析】已知1个DNA分子区段具有100个碱基对,即200个碱基,其中含有40个胸腺嘧啶(T),根据碱基互补配对原则,A=T=40个,则C=G=100-40=60个。
由上述分析可知,该DNA分子区段含有60个胞嘧啶脱氧核苷酸。
根据DNA半保留复制的特点,如果该DNA连续复制两次,需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数目=(22-1)×60=180个,综上所述,ABC错误,D正确。
7.【答案】D
【解析】分析题图可知,将1个含14N-DNA的大肠杆菌转移到15N-DNA培养液中,培养24h后提取子代大肠杆菌的DNA,DNA变性离心后,得到14N-DNA单链占1/8(2/16),15N-DNA的单链占7/8(14/16),则子代DNA共8个,据此分析作答。
子代DNA分子共有8个,其中2个DNA分子含有14N,A错误;因本实验是对DNA单链进行的离心分析,若DNA进行的是全保留复制,也会得到上述结果,故用该试验探究DNA的半保留复制方式不够严谨,B错误;解开DNA双螺旋的实质是破坏两条单链之间的氢键,C错误;得到的8个DNA分子中,有2个为14N-15N,6个为15N-15N,故若直接将子代DNA分子进行密度梯度离心,则相应的条带含量比为1:
3,D正确。
8.【答案】 C
【解析】 DNA复制过程中氢键的破坏需要解旋酶的催化,但氢键的形成不需要酶的催化,C错误。
9.【答案】C
【解析】秋水仙素一般可用于单倍体和多倍体育种,其作用机理
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