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高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制练习题
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》第3节 DNA的复制练习题，共17页。
题组一 DNA半保留复制的实验证据
1.(2022河北石家庄期中)1958年,美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,设计实验探究DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制,部分实验过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.该实验原理是利用密度梯度离心技术在试管中区分含有不同氮元素的DNA
B.大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代,其DNA几乎均是15N标记的
C.若将试管②中DNA双链分开后再离心,其结果仍能判断DNA的复制方式
D.若DNA的复制方式是半保留复制,试管③中含15N的DNA与含14N的DNA的比例为1∶2
2.(2023河南焦作期中)在沃森和克里克提出DNA的碱基特异性配对方式后,科学家提出DNA可能有全保留复制、半保留复制、分散复制三种方式,如图1所示。为探究DNA的复制方式,科学家以含15N标记的培养液来培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖多代,得到15N/15N-DNA(亲代),再将亲代DNA分子转移到含14N的普通培养液中,连续复制三代(子一代、子二代和子三代),每一代都用离心技术分离,不同相对分子质量的DNA将分布在试管中的不同位置上,同时对普通大肠杆菌DNA分子进行离心,实验结果如图2所示。回答下列问题:
(1)沃森和克里克提出DNA分子呈 结构。DNA分子复制的基本条件是 等(答出4点)。
(2)图2中, 是普通大肠杆菌DNA的离心结果,
是亲代DNA分子的离心结果。
(3)若DNA复制方式为全保留复制,则子一代和子二代分别有 条离心带;若DNA复制方式为分散复制,则子一代和子二代均只有1条离心带,且子二代DNA的离心带介于 (填“15N/15N-DNA和15N/14N-DNA”或“15N/14N-DNA和14N/14N-DNA”)之间。
(4)如果子一代和子二代的离心结果分别是 号试管,则可证明DNA分子的复制方式是半保留复制;子三代的离心结果最可能是 号试管。
题组二 DNA复制的过程
3.(2023吉林辽源月考)DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。下列叙述错误的是( )
A.DNA复制过程以游离的4种脱氧核苷酸为原料
B.DNA的复制过程中不需要消耗能量
C.DNA的复制方式为半保留复制
D.碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性
4.(2023安徽示范高中培优联盟联赛)如图为DNA复制过程的模式图,据图分析下列叙述正确的是( )
A.复制过程中DNA先进行全部解旋再进行复制
B.DNA在复制过程中需要引物及ATP提供能量
C.两条新合成的子链都是从3'方向往5'方向延伸
D.解旋酶能使双链DNA解开,破坏的是磷酸二酯键
5.(2023山东济宁月考)甲图中DNA分子有a和d两条链,将甲图中某一片段放大后如乙图所示,结合所学知识回答下列问题:
(1)从甲图可看出DNA复制的方式是 。
(2)甲图中,A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶,其中B能将单个的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上,从而形成子链,则A是 酶,B是 酶。
(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有 。
(4)乙图中,7是 ,10是 。DNA分子的基本骨架由 交替连接而成。
(5)若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,释放出300个子代噬菌体。其中含有32P的噬菌体所占的比例是 。
(6)若图乙中亲代DNA分子在复制时,一条链上的G变成了A,则该DNA分子经过n次复制后,发生差错的DNA分子占DNA分子总数的 。
题组三 与DNA复制有关的计算
6.(2023山东泰安月考)现有DNA分子的两条链均只含14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,再转到含14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种,其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1
7.(2023黑龙江哈尔滨月考)某双链DNA分子(14N/14N-DNA)含有3 000个碱基,腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图1所示结果;若将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2所示结果。下列有关分析错误的是( )
A.Z层全部是含14N的DNA单链
B.W层中含15N标记的胞嘧啶有6 300个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/3
D.W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1能力提升练
题组一 DNA复制的过程及特点
1.(教材习题改编)真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡(如图所示)。请结合所学知识分析,下列叙述正确的是( )
A.真核细胞DNA以一端为起点复制至另一端
B.复制起始时间越早,复制泡越大
C.这种复制方式不利于提高复制效率
D.DNA分子复制时,DNA聚合酶可为磷酸二酯键的形成提供能量
2.(2023江苏苏州期中)为探究大肠杆菌DNA复制的过程,在DNA复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中,3H-dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。短时间后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞,抽取其中的DNA进行放射性自显影检测,结果如图所示。据图不能作出的推测是( )
A.复制起始区在低放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.3H-dT由低剂量转为高剂量的时间间隔对结果影响较大
3.(2023重庆巴蜀中学期末)单分子荧光测序技术原理如图所示。某种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP,N可代表碱基A、G、C、T)提供一个相应的脱氧核苷酸连接到DNA子链上的同时,会产生一分子的焦磷酸(PPi),一分子的PPi可以通过一系列反应使荧光素发出一次荧光,通过检测荧光的有无可推测模板链上相应位点的碱基种类。下列说法错误的是( )
A.测序过程中dNTP可以为反应提供能量
B.dATP形成一分子焦磷酸后成为腺嘌呤脱氧核苷酸
C.图中DNA聚合酶在DNA复制时会沿着母链3'→5'移动
D.测序时需要在反应体系中同时加入4种dNTP
4.(2022山东枣庄八中模拟)动物细胞的线粒体DNA分子上有两个复制起始区OH和OL。该DNA复制时,OH首先被启动,以L链为模板合成M链,当M链合成约2/3时OL启动,以H链为模板合成N链,最终合成两个环状双螺旋DNA分子,该过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.复制启动时OH区和OL区首先结合的酶是解旋酶
B.合成M链和N链时方向相反是因为起始区解旋方向不同
C.M链合成延伸的方向为5'→3',N链合成延伸的方向为3'→5'
D.线粒体DNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连
5.(2023辽宁六校联考)如图是DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制,D→F表示哺乳动物的DNA复制。图中“”表示复制起始点,“→”表示复制方向。
(1)解旋酶的作用是 ,解旋过程需要细胞代谢提供 。
(2)真核细胞中DNA复制的场所是 ;在复制完成后,姐妹染色单体分开的时期为 。
(3)若A中含有48 502个碱基对,而子链延伸速度是105个碱基对/min,则此DNA分子复制完成理论上需约30 s,而实际上只需约16 s。根据A→C图分析,是因为 。
(4)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长,若按A→C的方式复制,至少需8 h,而实际上为6 h左右。据D→F图分析,是因为 。
(5)A→F均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制的特点是 。
(6)C与A相同,F与D相同,C、F能被如此准确地复制出来,是因为 。
题组二 探究DNA复制方式及相关计算
6.(2023山东青岛期中,)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分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是( )
A.含有15N的子代DNA分子有2个
B.含有14N的子代DNA分子单链占15/16
C.第4次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸240个
D.复制过程中共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
7.(2022河北衡水中学模拟)科学家曾提出DNA复制的全保留复制、半保留复制假说,并进行了如下实验。
实验一:从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA,混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,再测定离心管中混合的DNA单链含量,结果如图a所示。
实验二:将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中,繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA),将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心,再测定离心管中的DNA单链含量,结果如图b所示。
以下分析不正确的是( )
A.根据图a、图b,可判断DNA的复制方式是半保留复制
B.若实验一中热变性后再降温复性,然后进行密度梯度离心,将得到两个条带
C.若实验二中繁殖两代,提取的F2DNA不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中只出现两个条带,据此推测DNA的复制方式是半保留复制
D.将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1,则大肠杆菌的分裂周期为6 h
答案与分层梯度式解析
第3节 DNA的复制
基础过关练
1.C 15N不具有放射性,结果的检测是利用密度梯度离心技术在试管中区分含有不同氮元素的DNA,15N/15N、15N/14N、14N/14N的DNA依次分布在重带、中带、轻带,A正确。细胞分裂1次,试管②中DNA分子共两个,其中有2条链含15N,2条链含14N,若将试管②中DNA双链分开后再离心,全保留复制和半保留复制的结果是相同的,其结果无法判断DNA的复制方式,C错误。试管③中DNA分子共4个,若DNA的复制方式是半保留复制,15N/14N-DNA分子有2个,14N/14N-DNA分子有2个,则试管③中含15N的DNA与含14N的DNA的比例为1∶2,D正确。
2.答案 (1)双螺旋 模板(DNA的两条链)、原料(脱氧核苷酸)、能量、酶(解旋酶和DNA聚合酶等) (2)④ ⑤ (3)2、2 15N/14N-DNA和14N/14N-DNA (4)②、① ③
解析 (2)普通大肠杆菌DNA两条链上的N都是14N,其离心结果为④号试管。亲代DNA分子的两条链上的N都是15N,其离心结果为⑤号试管。(3)(4)将亲代DNA分子(15N/15N-DNA)转移到含14N的普通培养液中,若DNA复制方式为全保留复制,则子一代和子二代都有2条离心带(一条15N/15N-DNA和一条14N/14N-DNA)。若DNA复制方式为分散复制,则子一代和子二代均只有1条离心带,且子二代DNA的离心带介于15N/14N-DNA和14N/14N-DNA之间。若DNA复制方式为半保留复制,则子一代只有一条离心带(15N/14N-DNA),对应图2中的②;子二代有两条离心带(一条15N/14N-DNA和一条14N/14N-DNA,且两条带等宽),对应图2中的①;子三代有8个DNA分子,其中2个DNA分子为15N/14N-DNA,6个DNA分子为14N/14N-DNA,离心结果为图2中的③。
3.B DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,则DNA复制过程以游离的4种脱氧核苷酸为原料,A正确。DNA的复制过程中需要消耗能量,B错误。DNA能准确复制的原因:DNA双螺旋结构为复制提供了精确的模板;碱基互补配对原则保证了复制的准确性,D正确。
4.B DNA在复制过程中,边解旋边复制,A错误。DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链的3'-端,所以延伸子链前,需要引物结合到模板链的3'-端,子链延伸的方向是5'→3',B正确,C错误。解旋酶能使双链DNA解开,破坏的是氢键,D错误。
5.答案 (1)半保留复制 (2)解旋 DNA聚合 (3)细胞核、线粒体、叶绿体 (4)胸腺嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核苷酸链的片段 脱氧核糖和磷酸 (5)1/150 (6)1/2
解析 甲图中,A是解旋酶,打开双链,B是DNA聚合酶,催化子链延伸,a、d是DNA分子的两条母链,b、c是新形成的两条子链。乙图中,1是胞嘧啶C,2是腺嘌呤A,3是鸟嘌呤G,4是胸腺嘧啶T,5是脱氧核糖,6是磷酸,7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,8是碱基对,9是氢键,10是DNA分子的脱氧核苷酸链的片段。(3)绿色植物的叶肉细胞中含有DNA的场所有细胞核、线粒体和叶绿体,这些场所均可以进行DNA复制。(5)若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,释放出300个子代噬菌体,其中只有2个噬菌体含有32P,因此含有32P的噬菌体所占的比例是1/150。(6)亲代DNA分子在复制时,一条链上的G变成了A,则以该链为模板合成的DNA都发生了差错,以另一条链为模板合成的DNA都是正常的,所以发生差错的DNA分子占DNA分子总数的1/2。
6.D DNA分子的两条单链均只含14N的大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,则DNA一半为15N14N,一半为15N15N。再将其转到含14N的培养基中繁殖一代,DNA为15N14N形成的子代DNA中,一半DNA为15N14N,一半DNA为14N14N;DNA为15N15N形成的子代DNA都为15N14N;因此理论上DNA分子的类型有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1。
7.B 图2表示将全部复制产物加入解旋酶处理(形成单链)后再离心得到的结果,由于DNA分子的复制方式为半保留复制,所以Z层全部是含14N的DNA分子单链,A正确。在含有3 000个碱基的DNA分子中,腺嘌呤占35%,所以胞嘧啶占15%,共有3 000×15%=450(个),图2中DNA分子复制了3次,则W层中含15N标记的胞嘧啶有450×(23-1)=3 150(个),B错误。在双链DNA分子中,碱基对之间通过氢键相连,图1中DNA分子复制了3次,产生的8个DNA分子中,2个15N/14N-DNA 在X层,6个15N/15N-DNA 在Y层,所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3,C正确。由于DNA分子复制了3次,产生了8个DNA分子,含16条脱氧核苷酸链,其中含15N的DNA单链有14条在W层,2条含14N的DNA单链在Z层,所以W层与Z层的核苷酸数之比为14∶2=7∶1,D正确。
能力提升练
1.B 真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡,说明真核细胞DNA是多起点复制,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制效率,A、C错误。复制起始时间越早,双链解开的程度越大,合成的子链越长,复制泡越大,B正确。酶不能为反应提供能量,D错误。
2.B 据图可以推测,开始将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷的培养基中,故大肠杆菌DNA的复制起始区在低放射性区域;中间为低放射性区域,两边为高放射性区域,说明DNA复制从起始点向两个方向延伸,故复制的方向是b→a、b→c,A、C正确。放射性自显影检测无法得出DNA复制为半保留复制的结论,B错误。3H-dT由低剂量转为高剂量的时间间隔太长可能导致整个DNA分子都是低放射性的,对结果影响较大,D正确。
3.D dNTP含有两个特殊化学键,故测序过程中dNTP可以为反应提供能量,A正确;dATP形成一分子焦磷酸后,脱去了两个磷酸基团,形成腺嘌呤脱氧核苷酸,B正确;DNA聚合酶只能催化子链从5'向3'延伸,所以DNA聚合酶是沿着母链3'→5'移动的,C正确;单分子荧光测序技术可以推测模板链上相应位点的碱基种类,故每一轮测序时反应体系中只加入1种dNTP,D错误。
4.AD 组成DNA分子的两条链是反向平行的,合成M链和N链时方向相反,不是因为起始区解旋方向不同,而是DNA聚合酶只能从3'端延伸DNA链,B错误;M链和N链合成延伸的方向均为5'→3',C错误;线粒体环状DNA分子中没有游离的磷酸基团,每个脱氧核糖都与两个磷酸相连,D正确。
5.答案 (1)使双链DNA解开 能量(ATP) (2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期、减数第二次分裂后期 (3)DNA复制是单起点双向进行的 (4)DNA从多个起始点双向进行复制 (5)边解旋边复制 (6)DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制准确地进行
解析 A→C所示DNA的复制是单起点双向进行的,D→F所示DNA的复制是多个起始点双向进行的,所以DNA复制实际所需时间比理论所需时间短。易错提醒 DNA复制的两个易错点
(1)DNA复制的场所并非只有细胞核,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都能进行DNA复制,不能分裂的细胞一般无DNA复制过程。
6.C 1个被15N标记的DNA分子在含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分子中只有2个DNA分子的一条链是15N,另一条链是14N,其余14个DNA分子的两条链都是14N。由此可见,含有15N的DNA分子数为2,含有14N的DNA分子单链数为30,所占比例为30/32=15/16,A、B正确。根据碱基互补配对原则,该DNA分子中C=G=60,A=T=(100×2-60×2)÷2=40,则复制4次需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(24-1)×40=600,第4次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量为24-1×40=320,C错误,D正确。
7.ABC 无论DNA是全保留复制还是半保留复制,经热变性处理后都能得到和图a、图b相同的实验结果,A错误。若实验一中热变性后再降温复性,可能得到2条链都是15N的DNA分子、2条链都是14N的DNA分子和一条链含15N另一条链含14N的DNA分子,然后进行密度梯度离心,可得到三个条带,B错误。实验二中繁殖两代,若DNA是半保留复制,提取F2DNA,其中一半DNA为一条链含15N另一条链含14N,另一半DNA为两条链都含14N,不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中会出现两个条带;若DNA为全保留复制,提取F2DNA,其中两条链都含15N的DNA占1/4,两条链都含14N的DNA占3/4,同样方法离心后离心管中也会出现两个条带,故不能根据只出现两个条带推测DNA的复制方式是半保留复制,C错误。将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1=30∶2,即子代DNA中含15N的单链有2条,子代共有32条单链,16个DNA分子,即24 h复制了4次,分裂周期为6 h,D正确。
1.C
3.B
4.B
6.D
7.B
1.B
2.B
3.D
4.AD
6.C
7.ABC
题组一 DNA半保留复制的实验证据
1.(2022河北石家庄期中)1958年,美国生物学家梅塞尔森和斯塔尔以大肠杆菌为实验材料,设计实验探究DNA的复制方式是半保留复制还是全保留复制,部分实验过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.该实验原理是利用密度梯度离心技术在试管中区分含有不同氮元素的DNA
B.大肠杆菌在含15NH4Cl的培养液中生长若干代,其DNA几乎均是15N标记的
C.若将试管②中DNA双链分开后再离心,其结果仍能判断DNA的复制方式
D.若DNA的复制方式是半保留复制,试管③中含15N的DNA与含14N的DNA的比例为1∶2
2.(2023河南焦作期中)在沃森和克里克提出DNA的碱基特异性配对方式后,科学家提出DNA可能有全保留复制、半保留复制、分散复制三种方式,如图1所示。为探究DNA的复制方式,科学家以含15N标记的培养液来培养大肠杆菌,让大肠杆菌繁殖多代,得到15N/15N-DNA(亲代),再将亲代DNA分子转移到含14N的普通培养液中,连续复制三代(子一代、子二代和子三代),每一代都用离心技术分离,不同相对分子质量的DNA将分布在试管中的不同位置上,同时对普通大肠杆菌DNA分子进行离心,实验结果如图2所示。回答下列问题:
(1)沃森和克里克提出DNA分子呈 结构。DNA分子复制的基本条件是 等(答出4点)。
(2)图2中, 是普通大肠杆菌DNA的离心结果,
是亲代DNA分子的离心结果。
(3)若DNA复制方式为全保留复制,则子一代和子二代分别有 条离心带;若DNA复制方式为分散复制,则子一代和子二代均只有1条离心带,且子二代DNA的离心带介于 (填“15N/15N-DNA和15N/14N-DNA”或“15N/14N-DNA和14N/14N-DNA”)之间。
(4)如果子一代和子二代的离心结果分别是 号试管,则可证明DNA分子的复制方式是半保留复制;子三代的离心结果最可能是 号试管。
题组二 DNA复制的过程
3.(2023吉林辽源月考)DNA的复制是指以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。下列叙述错误的是( )
A.DNA复制过程以游离的4种脱氧核苷酸为原料
B.DNA的复制过程中不需要消耗能量
C.DNA的复制方式为半保留复制
D.碱基互补配对原则保证了DNA复制的准确性
4.(2023安徽示范高中培优联盟联赛)如图为DNA复制过程的模式图,据图分析下列叙述正确的是( )
A.复制过程中DNA先进行全部解旋再进行复制
B.DNA在复制过程中需要引物及ATP提供能量
C.两条新合成的子链都是从3'方向往5'方向延伸
D.解旋酶能使双链DNA解开,破坏的是磷酸二酯键
5.(2023山东济宁月考)甲图中DNA分子有a和d两条链,将甲图中某一片段放大后如乙图所示,结合所学知识回答下列问题:
(1)从甲图可看出DNA复制的方式是 。
(2)甲图中,A和B均是DNA分子复制过程中所需要的酶,其中B能将单个的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链上,从而形成子链,则A是 酶,B是 酶。
(3)图甲过程在绿色植物叶肉细胞中进行的场所有 。
(4)乙图中,7是 ,10是 。DNA分子的基本骨架由 交替连接而成。
(5)若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,释放出300个子代噬菌体。其中含有32P的噬菌体所占的比例是 。
(6)若图乙中亲代DNA分子在复制时,一条链上的G变成了A,则该DNA分子经过n次复制后,发生差错的DNA分子占DNA分子总数的 。
题组三 与DNA复制有关的计算
6.(2023山东泰安月考)现有DNA分子的两条链均只含14N(表示为14N14N)的大肠杆菌,若将该大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,再转到含14N的培养基中繁殖一代,则理论上DNA分子的类型和比例分别是( )
A.有15N14N和14N14N两种,其比例为1∶3
B.有15N15N和14N14N两种,其比例为1∶1
C.有15N15N和14N14N两种,其比例为3∶1
D.有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1
7.(2023黑龙江哈尔滨月考)某双链DNA分子(14N/14N-DNA)含有3 000个碱基,腺嘌呤占35%。若该DNA分子以15N同位素标记的四种游离脱氧核苷酸为原料复制3次,将全部复制产物进行密度梯度离心,得到如图1所示结果;若将全部复制产物加入解旋酶处理后再离心,则得到如图2所示结果。下列有关分析错误的是( )
A.Z层全部是含14N的DNA单链
B.W层中含15N标记的胞嘧啶有6 300个
C.X层中含有的氢键数是Y层的1/3
D.W层与Z层的核苷酸数之比是7∶1能力提升练
题组一 DNA复制的过程及特点
1.(教材习题改编)真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡(如图所示)。请结合所学知识分析,下列叙述正确的是( )
A.真核细胞DNA以一端为起点复制至另一端
B.复制起始时间越早,复制泡越大
C.这种复制方式不利于提高复制效率
D.DNA分子复制时,DNA聚合酶可为磷酸二酯键的形成提供能量
2.(2023江苏苏州期中)为探究大肠杆菌DNA复制的过程,在DNA复制开始时,将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷(3H-dT)的培养基中,3H-dT可掺入正在复制的DNA分子中,使其带有放射性标记。短时间后,将大肠杆菌转移到含高剂量3H-dT的培养基中培养一段时间。收集、裂解细胞,抽取其中的DNA进行放射性自显影检测,结果如图所示。据图不能作出的推测是( )
A.复制起始区在低放射性区域
B.DNA复制为半保留复制
C.DNA复制从起始点向两个方向延伸
D.3H-dT由低剂量转为高剂量的时间间隔对结果影响较大
3.(2023重庆巴蜀中学期末)单分子荧光测序技术原理如图所示。某种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP,N可代表碱基A、G、C、T)提供一个相应的脱氧核苷酸连接到DNA子链上的同时,会产生一分子的焦磷酸(PPi),一分子的PPi可以通过一系列反应使荧光素发出一次荧光,通过检测荧光的有无可推测模板链上相应位点的碱基种类。下列说法错误的是( )
A.测序过程中dNTP可以为反应提供能量
B.dATP形成一分子焦磷酸后成为腺嘌呤脱氧核苷酸
C.图中DNA聚合酶在DNA复制时会沿着母链3'→5'移动
D.测序时需要在反应体系中同时加入4种dNTP
4.(2022山东枣庄八中模拟)动物细胞的线粒体DNA分子上有两个复制起始区OH和OL。该DNA复制时,OH首先被启动,以L链为模板合成M链,当M链合成约2/3时OL启动,以H链为模板合成N链,最终合成两个环状双螺旋DNA分子,该过程如图所示。下列叙述正确的是( )
A.复制启动时OH区和OL区首先结合的酶是解旋酶
B.合成M链和N链时方向相反是因为起始区解旋方向不同
C.M链合成延伸的方向为5'→3',N链合成延伸的方向为3'→5'
D.线粒体DNA分子中每个脱氧核糖都与两个磷酸相连
5.(2023辽宁六校联考)如图是DNA复制的有关图示,A→B→C表示大肠杆菌的DNA复制,D→F表示哺乳动物的DNA复制。图中“”表示复制起始点,“→”表示复制方向。
(1)解旋酶的作用是 ,解旋过程需要细胞代谢提供 。
(2)真核细胞中DNA复制的场所是 ;在复制完成后,姐妹染色单体分开的时期为 。
(3)若A中含有48 502个碱基对,而子链延伸速度是105个碱基对/min,则此DNA分子复制完成理论上需约30 s,而实际上只需约16 s。根据A→C图分析,是因为 。
(4)哺乳动物的DNA分子展开可达2 m之长,若按A→C的方式复制,至少需8 h,而实际上为6 h左右。据D→F图分析,是因为 。
(5)A→F均有以下特点:延伸的子链紧跟着解旋酶,这说明DNA分子复制的特点是 。
(6)C与A相同,F与D相同,C、F能被如此准确地复制出来,是因为 。
题组二 探究DNA复制方式及相关计算
6.(2023山东青岛期中,)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分子在含14N的培养基中连续复制4次。下列有关判断错误的是( )
A.含有15N的子代DNA分子有2个
B.含有14N的子代DNA分子单链占15/16
C.第4次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸240个
D.复制过程中共需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
7.(2022河北衡水中学模拟)科学家曾提出DNA复制的全保留复制、半保留复制假说,并进行了如下实验。
实验一:从含15N的大肠杆菌和含14N的大肠杆菌中分别提取亲代DNA,混合后放在100 ℃条件下进行热变性处理,即解开双螺旋,变成单链,然后进行密度梯度离心,再测定离心管中混合的DNA单链含量,结果如图a所示。
实验二:将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中,繁殖一代后提取子代大肠杆菌的DNA(F1DNA),将F1DNA热变性处理后进行密度梯度离心,再测定离心管中的DNA单链含量,结果如图b所示。
以下分析不正确的是( )
A.根据图a、图b,可判断DNA的复制方式是半保留复制
B.若实验一中热变性后再降温复性,然后进行密度梯度离心,将得到两个条带
C.若实验二中繁殖两代,提取的F2DNA不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中只出现两个条带,据此推测DNA的复制方式是半保留复制
D.将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1,则大肠杆菌的分裂周期为6 h
答案与分层梯度式解析
第3节 DNA的复制
基础过关练
1.C 15N不具有放射性,结果的检测是利用密度梯度离心技术在试管中区分含有不同氮元素的DNA,15N/15N、15N/14N、14N/14N的DNA依次分布在重带、中带、轻带,A正确。细胞分裂1次,试管②中DNA分子共两个,其中有2条链含15N,2条链含14N,若将试管②中DNA双链分开后再离心,全保留复制和半保留复制的结果是相同的,其结果无法判断DNA的复制方式,C错误。试管③中DNA分子共4个,若DNA的复制方式是半保留复制,15N/14N-DNA分子有2个,14N/14N-DNA分子有2个,则试管③中含15N的DNA与含14N的DNA的比例为1∶2,D正确。
2.答案 (1)双螺旋 模板(DNA的两条链)、原料(脱氧核苷酸)、能量、酶(解旋酶和DNA聚合酶等) (2)④ ⑤ (3)2、2 15N/14N-DNA和14N/14N-DNA (4)②、① ③
解析 (2)普通大肠杆菌DNA两条链上的N都是14N,其离心结果为④号试管。亲代DNA分子的两条链上的N都是15N,其离心结果为⑤号试管。(3)(4)将亲代DNA分子(15N/15N-DNA)转移到含14N的普通培养液中,若DNA复制方式为全保留复制,则子一代和子二代都有2条离心带(一条15N/15N-DNA和一条14N/14N-DNA)。若DNA复制方式为分散复制,则子一代和子二代均只有1条离心带,且子二代DNA的离心带介于15N/14N-DNA和14N/14N-DNA之间。若DNA复制方式为半保留复制,则子一代只有一条离心带(15N/14N-DNA),对应图2中的②;子二代有两条离心带(一条15N/14N-DNA和一条14N/14N-DNA,且两条带等宽),对应图2中的①;子三代有8个DNA分子,其中2个DNA分子为15N/14N-DNA,6个DNA分子为14N/14N-DNA,离心结果为图2中的③。
3.B DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸,则DNA复制过程以游离的4种脱氧核苷酸为原料,A正确。DNA的复制过程中需要消耗能量,B错误。DNA能准确复制的原因:DNA双螺旋结构为复制提供了精确的模板;碱基互补配对原则保证了复制的准确性,D正确。
4.B DNA在复制过程中,边解旋边复制,A错误。DNA聚合酶只能将游离的脱氧核苷酸连接到脱氧核苷酸链的3'-端,所以延伸子链前,需要引物结合到模板链的3'-端,子链延伸的方向是5'→3',B正确,C错误。解旋酶能使双链DNA解开,破坏的是氢键,D错误。
5.答案 (1)半保留复制 (2)解旋 DNA聚合 (3)细胞核、线粒体、叶绿体 (4)胸腺嘧啶脱氧核苷酸 脱氧核苷酸链的片段 脱氧核糖和磷酸 (5)1/150 (6)1/2
解析 甲图中,A是解旋酶,打开双链,B是DNA聚合酶,催化子链延伸,a、d是DNA分子的两条母链,b、c是新形成的两条子链。乙图中,1是胞嘧啶C,2是腺嘌呤A,3是鸟嘌呤G,4是胸腺嘧啶T,5是脱氧核糖,6是磷酸,7是胸腺嘧啶脱氧核苷酸,8是碱基对,9是氢键,10是DNA分子的脱氧核苷酸链的片段。(3)绿色植物的叶肉细胞中含有DNA的场所有细胞核、线粒体和叶绿体,这些场所均可以进行DNA复制。(5)若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌,释放出300个子代噬菌体,其中只有2个噬菌体含有32P,因此含有32P的噬菌体所占的比例是1/150。(6)亲代DNA分子在复制时,一条链上的G变成了A,则以该链为模板合成的DNA都发生了差错,以另一条链为模板合成的DNA都是正常的,所以发生差错的DNA分子占DNA分子总数的1/2。
6.D DNA分子的两条单链均只含14N的大肠杆菌在含15N的培养基中繁殖两代,则DNA一半为15N14N,一半为15N15N。再将其转到含14N的培养基中繁殖一代,DNA为15N14N形成的子代DNA中,一半DNA为15N14N,一半DNA为14N14N;DNA为15N15N形成的子代DNA都为15N14N;因此理论上DNA分子的类型有15N14N和14N14N两种,其比例为3∶1。
7.B 图2表示将全部复制产物加入解旋酶处理(形成单链)后再离心得到的结果,由于DNA分子的复制方式为半保留复制,所以Z层全部是含14N的DNA分子单链,A正确。在含有3 000个碱基的DNA分子中,腺嘌呤占35%,所以胞嘧啶占15%,共有3 000×15%=450(个),图2中DNA分子复制了3次,则W层中含15N标记的胞嘧啶有450×(23-1)=3 150(个),B错误。在双链DNA分子中,碱基对之间通过氢键相连,图1中DNA分子复制了3次,产生的8个DNA分子中,2个15N/14N-DNA 在X层,6个15N/15N-DNA 在Y层,所以X层中含有的氢键数是Y层的1/3,C正确。由于DNA分子复制了3次,产生了8个DNA分子,含16条脱氧核苷酸链,其中含15N的DNA单链有14条在W层,2条含14N的DNA单链在Z层,所以W层与Z层的核苷酸数之比为14∶2=7∶1,D正确。
能力提升练
1.B 真核细胞的DNA分子复制时可观察到多个复制泡,说明真核细胞DNA是多起点复制,这种复制方式加速了复制过程,提高了复制效率,A、C错误。复制起始时间越早,双链解开的程度越大,合成的子链越长,复制泡越大,B正确。酶不能为反应提供能量,D错误。
2.B 据图可以推测,开始将大肠杆菌放在含低剂量3H标记的脱氧胸苷的培养基中,故大肠杆菌DNA的复制起始区在低放射性区域;中间为低放射性区域,两边为高放射性区域,说明DNA复制从起始点向两个方向延伸,故复制的方向是b→a、b→c,A、C正确。放射性自显影检测无法得出DNA复制为半保留复制的结论,B错误。3H-dT由低剂量转为高剂量的时间间隔太长可能导致整个DNA分子都是低放射性的,对结果影响较大,D正确。
3.D dNTP含有两个特殊化学键,故测序过程中dNTP可以为反应提供能量,A正确;dATP形成一分子焦磷酸后,脱去了两个磷酸基团,形成腺嘌呤脱氧核苷酸,B正确;DNA聚合酶只能催化子链从5'向3'延伸,所以DNA聚合酶是沿着母链3'→5'移动的,C正确;单分子荧光测序技术可以推测模板链上相应位点的碱基种类,故每一轮测序时反应体系中只加入1种dNTP,D错误。
4.AD 组成DNA分子的两条链是反向平行的,合成M链和N链时方向相反,不是因为起始区解旋方向不同,而是DNA聚合酶只能从3'端延伸DNA链,B错误;M链和N链合成延伸的方向均为5'→3',C错误;线粒体环状DNA分子中没有游离的磷酸基团,每个脱氧核糖都与两个磷酸相连,D正确。
5.答案 (1)使双链DNA解开 能量(ATP) (2)细胞核、线粒体和叶绿体 有丝分裂后期、减数第二次分裂后期 (3)DNA复制是单起点双向进行的 (4)DNA从多个起始点双向进行复制 (5)边解旋边复制 (6)DNA独特的双螺旋结构为复制提供精确的模板,通过碱基互补配对,保证了复制准确地进行
解析 A→C所示DNA的复制是单起点双向进行的,D→F所示DNA的复制是多个起始点双向进行的,所以DNA复制实际所需时间比理论所需时间短。易错提醒 DNA复制的两个易错点
(1)DNA复制的场所并非只有细胞核,线粒体、叶绿体中也能进行DNA复制。
(2)并非所有细胞都能进行DNA复制,不能分裂的细胞一般无DNA复制过程。
6.C 1个被15N标记的DNA分子在含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分子中只有2个DNA分子的一条链是15N,另一条链是14N,其余14个DNA分子的两条链都是14N。由此可见,含有15N的DNA分子数为2,含有14N的DNA分子单链数为30,所占比例为30/32=15/16,A、B正确。根据碱基互补配对原则,该DNA分子中C=G=60,A=T=(100×2-60×2)÷2=40,则复制4次需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为(24-1)×40=600,第4次复制时需游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的数量为24-1×40=320,C错误,D正确。
7.ABC 无论DNA是全保留复制还是半保留复制,经热变性处理后都能得到和图a、图b相同的实验结果,A错误。若实验一中热变性后再降温复性,可能得到2条链都是15N的DNA分子、2条链都是14N的DNA分子和一条链含15N另一条链含14N的DNA分子,然后进行密度梯度离心,可得到三个条带,B错误。实验二中繁殖两代,若DNA是半保留复制,提取F2DNA,其中一半DNA为一条链含15N另一条链含14N,另一半DNA为两条链都含14N,不进行热变性处理直接进行密度梯度离心,离心管中会出现两个条带;若DNA为全保留复制,提取F2DNA,其中两条链都含15N的DNA占1/4,两条链都含14N的DNA占3/4,同样方法离心后离心管中也会出现两个条带,故不能根据只出现两个条带推测DNA的复制方式是半保留复制,C错误。将含15N的大肠杆菌转移到含14NH4Cl的培养液中培养24 h,子代大肠杆菌含14N的DNA单链与含15N的DNA单链数目比为15∶1=30∶2,即子代DNA中含15N的单链有2条,子代共有32条单链,16个DNA分子,即24 h复制了4次,分裂周期为6 h,D正确。
1.C
3.B
4.B
6.D
7.B
1.B
2.B
3.D
4.AD
6.C
7.ABC
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