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高中 | 第2节 DNA的结构题目答案及解析如下,仅供参考!
必修二 遗传与进化
第三章 基因的本质
第2节 DNA的结构
生物学研究往往从理论推测出发,然后再回到实验中去,追踪或验证这些理论假设。关于$\rm DNA$的复制常见有两种假说:全保留复制和半保留复制。以下是运用密度梯度离心等方法探究$\rm DNA$复制机制的两个实验,请分析并回答下列问题。
实验一:从含$\rm ^{15}N$的大肠杆菌和含$\rm ^{14}N$的大肠杆菌中分别提取亲代$\rm DNA$,混合后放在$\rm 100^\circ\rm C$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$\rm DNA$单链含量,结果如图$\rm a$所示。
实验二:将含$\rm ^{15}N$的大肠杆菌转移到$\rm ^{14}NH4C1$培养液中,繁殖一代后提取子代大肠杆菌的$\rm DNA$($\rm F_{1}DNA$)。将$\rm F_{1}$ $\rm DNA$ 热变性处理后进行密度梯度离心,离心管中出现的两个条带对 应图$\rm b$中的两个峰。
热变性处理破坏了$\rm DNA$ 分子中的 (填化学键或分子间作用力的名称)。
热变性处理使$\rm DNA$的双螺旋结构打开,故破坏的是$\rm DNA$ 分子中的氢键。
根据图$\rm a$、图$\rm b$中条带的数目和位置,能否判断$\rm DNA$的复制方式是“全保留复制”还 是“半保留复制”? ,原因是 。
不能;无论是$\\rm DNA$全保留复制还是半保留复制,经热变性后都能得到相同的实验结果
"]]无论是$\rm DNA$全保留复制还是半保留复制,经热变性后都能得到相同的实验结果,故根据图$\rm a$、图$\rm b$中条带的数目和位置,并不能判断$\rm DNA$的复制方式是“全保留复制”还 是“半保留复制”。
研究人员继续研究发现:将只含$\rm ^{15}N$ 的大肠杆菌转移到 $\rm ^{l4}NH4C1$ 培养液中,培养 $\rm 24\;\rm h$后提取子代大肠杆菌的 $\rm DNA$,经实验二的相关处理后,离心管中出现的$\rm ^{14}N$ 条带与$\rm ^{15}N$ 条带峰值的相对比值为$\rm 7$∶$\rm 1$,则大肠杆菌的分裂周期为 $\rm \;\rm h$。
$\rm DNA$为半保留复制,形成的子代$\rm DNA$中一条链为母链一条链为子链,由于$\rm 24\;\rm h$后,离心管中出现的 $\rm 14N$ 条带与$\rm 15N$ 条带峰值的相对比值为$\rm 7$∶$\rm 1=14:2$,此时含有$\rm 16$条$\rm DNA$单链,即$\rm 8$个$\rm DNA$分子,共复制了$\rm 3$次,故大肠杆菌的分裂周期为$\rm 8$小时。
如图表示某生物细胞中$\rm DNA$ 分子复制的过程,已知该$\rm DNA$分子含有 $\rm m$个碱基对,$\rm T$占 $\rm 20\%$,而子链延伸的速度为 $\rm 10^{5}$个碱基对$\rm /min$,则此 $\rm DNA$ 复制约需要 $\rm 30\;\rm s$,而实际 时间远远小于$\rm 30\;\rm s$,据图分其原因是 。在第$\rm 3$次复制的过程中,需要胞嘧啶 个。
$\\rm DNA$有多个复制起点;$\\rm \\dfrac{12}{5}·m$或$\\rm 2.4m$
"]]由图可知,该$\rm DNA$分子有多个复制起点,多起点复制可加快$\rm DNA$复制的速度,故该$\rm DNA$分子复制的时间远小于$\rm 30\;\rm s$;已知该$\rm DNA$分子含有 $\rm m$个碱基对,$\rm T$占 $\rm 20\%$,故$\rm A=T=2m\times 0.2=0.4m$,$\rm C=G=$($\rm 2m-0.8m$)$\rm \div 2=0.6m$,第三次复制需要胞嘧啶$\rm 0.6m\times $($\rm 2^{3}-2^{2}$)$\rm =2.4m$个。
在 $\rm DNA$ 复制过程中,新合成的双链 $\rm DNA$ 分子中,有一条链是来自亲代的 $\rm DNA$,另 一条链是新合成的。$\rm BrdU$ 与胸腺嘧啶脱氧核苷类似,能掺入新合成的 $\rm DNA$ 子链中。用 $\rm Giemsa$ 染料染色,一条 $\rm DNA$ 链掺入 $\rm BrdU$ 的染色单体着色很深(深蓝色),两条$\rm DNA$ 链都掺入 $\rm BrdU$ 的染色单体着色很浅(浅蓝色)。将某植物根尖分生组织放在含$\rm BrdU$ 的培养液中进行培养,跟踪观察其中一个细胞($\rm 2n$ $\rm =$ $\rm 10$)处于第 $\rm 1$、$\rm 2$、$\rm 3$个细胞周期时姐妹染色单体的着色情况,完善下表。
第$\rm 1$次分裂中期 | 第$\rm 2$次分裂中期 | 第$\rm 3$次分裂中期 | |
一个细胞中浅蓝色染色单体数 | $\rm 0$条 | ① 条 | ③ 条 |
所有细胞中浅蓝色染色单体总数 | $\rm 0$条 | ② 条 | $\rm 60$条 |
由于$\rm DNA$复制为半保留复制,第一次有丝分裂中期,由于$\rm DNA$分子复制$\rm 1$次,每条染色单体上只有一条$\rm DNA$链含有$\rm BrdU$,故呈现深蓝色,第$\rm 2$次有丝分裂,$\rm DNA$进行复制后,中期时每条染色体的两条染色单体均为一条染色单体$\rm DNA$双链都含有$\rm BrdU$,呈浅蓝色,另一条单体只有一条链上含有$\rm BrdU$,呈深蓝色,因此第二次有丝分裂中期有$\rm 10$条染色单体呈深蓝色,有$\rm 10$条染色单体呈浅蓝色,分裂后有两个细胞,故所有细胞中浅蓝色染色单体总数为$\rm 2\times 10=20$条;第$\rm 2$次有丝分裂结束后,不同细胞中含有的$\rm DNA$双链都含有$\rm BrdU$的染色体和只有一条链含有$\rm BrdU$的染色体的数量是不确定的,假设只有一条链含有$\rm BrdU$的染色体均移向细胞的同一极,那么经过$\rm 2$次有丝分裂,第$\rm 3$次分裂中期该细胞中浅蓝色染色单体的数量为$\rm 10$,假设$\rm DNA$双链都含有$\rm BrdU$的染色体均移向细胞的同一极,第$\rm 3$次分裂中期该细胞中浅蓝色染色单体的数量为$\rm 20$,综上所述,第三次分裂中期,每个细胞中浅蓝色染色单体数在$\rm 10-20$之间,所有细胞中浅蓝色染色单体数为$\rm 10\times 2^{3}-10\times 2=60$。
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