17知识讲解——DNA复制及复制的证据

1、将以上大肠杆菌培养移入含1 4NH4CL （无放射性）的培养液中培养一代得Fi，提取总DNA并进行离N/ N),如下图:高考总复习 DNA复制及复制的证据【考纲要求】1 .理解“证明 DNA为半保留复制的实验”的实验设计思路及结论2 .掌握DNA复制的过程及特点3 .掌握关于DNAM制的一些计算4 .掌握PCR技术的过程及特点【考点梳理】要点一、探究DNA复制方式的实验对DNA的复制方式人们一直有两种假设：全保留复制和半保留复制， 后来经实验证明 DNA为半保留复制。1 .1958年，Meselson和Stahl的密度梯度离心实验（1）实验材料：大肠杆菌（结构简单，只含1个DNA分子）（2）实

2、验过程及结果（如下图）：DN/(DN/( *19.叫)DNAfWDNAfW将大肠杆菌培养在含 15NH4CL （有放射性）的培养液中培养多代，提取总DNA并进行离心，发现 DNA全出现在位置较靠下的重密度带。+可推测得大肠杆菌 DNA的两条链均被较重的N标记（DMDM列*MbMbF，卸DNACJi-DNACJi- MJMJtffWCJNAL代！由上述实验结果分析可知，DNA的复制方式为半保留复制。可推测得大肠杆菌 DNA的 一条链被较重的注意：此步实验及其结果是证实DNA分子的半保留复制的最关键步骤N标记，一条链含较轻的 Z N （ Z N/ N）， （i N/Z N），如下图：三:非;*3酣

3、!:I 1： / V I归旷雷唧1 ； A h 耳T徉心，发现DNA全出现在位置在中间的中密度带。 N标记，一条链含较轻的 5 N （ N/1 N），如下图:将以上大肠杆菌培养在含 1 NH4CL （无放射性）的培养液中再培养一代得F2,提取总DNA并进行离心，发现DNA既出现在位置在中间的中密度带，又出现在位置靠上的轻密度带。可推测得有的大肠杆菌 DNA的 一条链被放射性的有的大肠杆菌 DNA的两条链均含较轻的N2. DNA半保留复制的另一实验证据一一染色体色差法将细胞培养在含有 BrdU的培养基中，当细胞增殖DNA复制时，BrdU可替代胸腺嘧啶脱氧核苷酸掺入到DNA的子链中。在染色体中，若

4、 DNA只有一条单链掺有 BrdU，则着色深；若两条链都掺有 BrdU，会使DNA双链螺旋程 度降低，从而着色变浅。将处于不同细胞周期的中期细胞进行常规制片，经特殊染色后，在显微镜下观察每条染色体的着色情况 验证DNA的复制方式，实验过程及观察结果如下图：染色体着色较深（DNA两条链均未掺有 BrdU ）染色体上两个单体均着色较深（DNA分子均仅有1条链掺有 BrdU ）两条染色体上均有1个单体着色较深（DNA分子仅有1条 DNA链掺有BrdU ），有1个单体着色较浅（DNA分子两条链均掺有 BrdU ）有两条染色体上仅一个单体着色较深 （DNA分子仅有1条DNA链 掺有BrdU ）,另两条染

5、色体上两个单体着色都较浅（DNA分子两条链均掺有BrdU ）。啊被忽略。5、7 3、，它可在DNA聚合酶的作用下按 5、7 3、的7 5、，它不能像前导链那样顺利地合成，而是，再由DNA连接酶将这些片段连接在注意：该实验是对实验探究能力及生物学思维的训练，理解即可，不要求掌握。要点二、DNA分子复制过程及特点(DNA体内复制)1.发生时间：细胞分裂间期2 .复制过程及所需条件：(1)解旋：需要 解旋酶及能量，双螺旋打开，产生两条合成子链的 模板。(2)以解开的两条链为模板合成子链：需要DNA聚合酶、DNA连接酶、原料(四种脱氧核苷酸)及能量。注意：DNA聚合酶合成子链时需要 RNA做引物，因为

6、它不能从头合成 DNA?链，只能从引物的3、端进行延伸， 它合成子链的方向是 5 7 3、DNA复制过程中需要 DNA连接酶，这个知识点往往易下图中新合成的一条子链为前导链，另一条子链为滞后链。前导链的模板链的方向为3、75、，则前导链的方向为方向顺利合成；滞后链的模板链的方向为5、73、，则滞后链的方向为3在DNA聚合酶的作用下按 5、7 3、的方向先合成一个个片段(岗崎片段) 一起；(3) 重新形成双螺旋。3. DNA复制的特点(1 )边解旋边复制：双螺旋解开后，碱基暴露在外，结构相对不稳定，边解旋边复制，可减少碱基暴露 在外的时间，从而减少变异。(2)半保留复制1(3 )遵循碱基互补配对

7、原则J保证复制准确无误地进行(4 )真核生物一一多起点双向复制(分段双向复制)：保证复制高效快速地进行(如下图)：映于匕1-to- fci M停鼻总II例：子宫瘤细胞 DNA长36mm DNA复制以0.9um/ min的速度进行，理论上需要大约1个月完成复制，实际上几分钟便完成了，便是由于多起点双向复制使复制得以快速地进行。/r 阿T% )m F 亠、_d亠 s-s- + +肯三DNADNA F 枷子僂停=合2 4 41|1|要点三、PCR技术一一多聚酶链式反应(DNA体外复制)1.应用：可用于获得基因工程中的目的基因或制成探针进行一些检测。2.与DNAM制的比较PCR技术又称为DNA的体外复

8、制，它与 DNAM制的区别有：(1)解旋：不需要解旋酶，利用的是DNA的热变性原理，使双链解开。(2)DNA聚合酶：PCR技术所需的物质主要有 DNA莫板、DNA聚合酶、引物、四种脱氧核苷酸等，由于PCR技术所需物质一次性加入，且PCR技术所需的温度较高，所用的聚合酶为耐高温的Taq聚合酶。3. PCR过程如下图：PCR技术也可称为DNA的体外复制，为获得足够的产物，PCR般要经历三十多次循环， 每次循环可分为: 变性、复性、延伸三步变性：温度达到90 C以上时，高温使 DNA的双螺旋结构打开形成单链复性：温度下降到 50 C左右，引物与解旋得到的 DNA单链结合延伸：温度上升到7 2C左右，

9、溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成DNA子链。注意：(1) PCR技术中两条模板链各需一种引物，共需两种引物(上下游引物)选取引物时需注意以下两点引物自身：引物自身不可存在连续4个碱基以上的互补序列，以防引物发生自身的碱基互补配对而折叠，影响引物与模板之间的复性，尤其避免3末端的互补。引物之间：两种引物之间的碱基不应有互补性，以防两种引物发生碱基互补配对而结合，影响 引物与模板之间的复性。一对引物之间不应该有多于4个连续碱基的同源性或互补性。(2) PCR技术只能扩增两个引物之间的片段，弓I物的存在使PCR技术能扩增特定的片段。【典型例题】类型一、有关DNA

10、的半保留复制的计算【高清课堂：DNA复制及复制的证据 P10】例1.将某细胞中的一个 DNA分子用3H进行标记，此细胞连续进行 4次有丝分裂，含有标记 DNA的 细胞占分裂后的子细胞的P1A . 1/16【答案】BB . 1/8C . 1/4D . 1/2A. 4、4【答案】B【解析】由于 的每条染色体上的DNA分子的一条单链与其互补链、一条单链与其所在DNA分子中碱基数目比值的关系图，下列正确的是A、Ti、G、G,其互补链中四种碱基含量为A2、T2、C2 G2,A项错【解析】如下图：红色代表被标记的链，蓝色代表未被标记的链，分析图，可得规律：某DNA分子连续复制n次，新产生的DNA数为2：其

11、中永远仅有2个DNA分子含有亲代 DNA分子链。该题中起初仅标记了细胞中的1个DNA分子，含标记 DNA的细胞也仅有两个。【总结升华】本题是考察DNA半保留复制的基本题型，较简单。举一反三:【高清课堂：DNAM制及复制的证据 P14】【变式11将某种动物(2n=8)的精原细胞和卵原细胞进行培养，获得DNA全部被32P标记的细胞。在无放射性的培养基中诱导被标记的精原细胞和卵原细胞完成减数分裂，让产生的配子随机受精，所得受精卵 有丝分裂中期时，染色体数目和有放射性的染色体数目分别为()B. 8、8 C. 4、不确定D. & 不确定DNA是半保留复制，精原细胞与卵原细胞减数分裂时染色体均复制一次，形

12、成的雌雄配子DNA分子均有一条链被标记，这些染色体会合在一起形成受精卵，受精卵再进行一次染色体复制，复制后的每条染色体有2个单体，均有1个单体有放射性，到了有丝分裂中期，便可看到8条仅有 一个单体有放射性的已复制过的染色体。【总结升华】本题将细胞分裂与DNA的半保留复制结合起来进行考 察，难度比例1大。类型二、有关DNA复制所需原料的计算【高清课堂：DNA复制及复制的证据 P11】例2. (2014山东高考)某研究小组测定了多个不同双链DNA分子的碱基组成，根据测定结果绘制了DNA分子中四种碱基含量 A、T、G C。由碱基互补配对原则可知(A+0 /(T+G)=1 , A曲线应为水平,误；(A

13、2+C2)/(T 2+G)= (T1+G) / (A1+C) ,B 曲线应为双曲线的一支，B 项错误；(A+T) / ( G+C = (A1+A2+T1+T2)/(G1+G+C+G)=(A1+T1)/(G 1+C),C 项正确；(A+T) /(G 1+C)=(T 2+A1)/(C 2+G),D 项错误。【总结升华1此类题一般均会对DNAM制和碱基之间的数量关系一起进行考察，属基本题型。【解析】设该单链中四种碱基含量分别为3000 个,【解析】消耗游离的腺嘌呤脱氧核苷酸为:(2n-1 )X 200= 3000个。n = 4DNA分子复制是从多个起点同时开始的DNA分子复制是边解旋边双向复制的开螺

14、旋的大小不同，螺旋解开最大处复制开始的最早。A项中说“同时开始”是错误的。【总结升华】本题较全面的考察了 DNA复制的特点，同时还需从图中获取信息。【变式11（ 2014上海高考） 某亲本 DNA分子双链均以白色表示，以灰色表示第一次复制出的DNA子链，以黑色表示第二次复制出的DNA子链，该亲本双链 DNA分子连续复制两次后的产物是DNA的两条链将进入不同的子代 DNA分子中，都有一条 DNA?链是在第二次复制时形成的，而，因此C项错误、D项正确可见A、BC项中【高清课堂：DNAM制及复制的证据 P12 1【变式11某一 DNA分子中，A为200个，复制数次后，消耗周围环境中含A的脱氧核苷酸该

15、DNA分子已经复制了A . 4次 B . 3次 C . 5次 D . 6次【答案1 A类型三、DNAM制的过程及特点【高清课堂：DNAM制及复制的证据 P13 1例3.下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（ijij ,.v =A.图中B.图中C真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率【答案1 A【解析1从图中可看出DNA边解旋边复制的特点，而且是多起点双向复制的，提高了复制速率，但解举一反三:【答案1 D【解析1因为DNAM制为半保留复制，因此亲本项错误；因为第二次复制时得到的 4个DNA分子中， 只有两个DNA分子中含第二次复制

16、出的子链（黑色表示）类型四、PCR技术例4 近10年来，PCR技术（聚合酶链式反应）或为分子生物学实验室的一种常规实验手段，其原理是利用DNA半保留复制，（如图11-7所示），在很短的时间内，将 DNA扩增几百万倍甚至几十亿倍，使实验室所需的遗传物质不再受限于活的生物体。n-rvii图 11 -7.键断裂，这一过程在生物体细胞内是通过的子代比例为核苷酸【解析】(3) PCR技术需要有适宜的温度及酸碱度；(4) DNA为半保留复制，无论复制多少次，含亲本链DNA都只有2个，亲代 DNA被 15N标记，复制4次产生 16 (24)个DNA分子，15N标记的DNA分子所占 1/8 (2十16)； (

17、5) 1个DNA分子中有胞嘧啶200 (800-600 )个，设复制n次消耗游离的胞嘧啶脱氧 6200个，则：2 0 0 X( 2 n-1 ) =6200,经计算可知 DNA复制了5次。DNA片段的技术。PCF过程一般经历下述三十多DNA莫板链结合)7 72 C下引物链延伸(形成( )A.B.C.D.(1) 加热至94 C的目的是使 DNA样品的 的作用来完成的。(2) 当温度降低时，引物与模板末端结合，在DNA聚合酶的作用下，引物沿模板延伸，最终合成2个DNA分子，此过程中原料是 _，遵循的原则是 _。(3)_ PCR技术的必需条件，除了模板、原料、酶以外，至少还要三个条件，即液体环境、适宜的 _和 _。(4) 通过PCR技术使DNA分子大量复制，若将一个用15N标记的DNA分子放入试管中，以14N标记的脱氧 核苷酸为原料，连续复制四次之后，则15N标记的DNA分子占全部DNA总数的比例为 _。(5) 假设一个模板 DNA分子中有800个碱基对，其中含有腺嘌呤600个，若通过PCR技术共消耗周围环 境中游离的胞嘧啶脱氧核苷酸6200个，则该模板DNA在 PCFT增仪中已经复制了 _次。【答案】(1)氢键；解旋 (2) 4种脱氧核苷酸；碱基