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DNA的復制
問題探討
沃森和克里克在發(fā)表DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的那篇著名短文的結(jié)尾處寫到:“值得注意的是,我們提出的這種堿基特異性配對方式,暗示著遺傳物質(zhì)進行復制的一種可能的機制?!?/span>
討論
1.堿基互補配對原則暗示DNA的復制機制可能是怎樣的?
2.這句話中為什么要用“可能”二字?這反映科學研究具有什么特點?
對DNA復制的推測
沃森和克里克緊接著發(fā)表了第二篇論文,提出了遺傳物質(zhì)自我復制的假說:DNA復制時,DNA雙螺旋解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂,解開的兩條單鏈分別作為復制的模板,游離的脫氧核糖核苷酸根據(jù)堿基互補配對的原則,通過形成氫鍵,結(jié)合到模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,因此,這種復制方式稱作半保留復制。
DNA半保留復制的實驗證據(jù)
要證明DNA復制是半保留復制,這就需要通過實驗區(qū)分親代與子代的DNA。
1958年,美國生物學家美塞爾森(M.Meselson,1930—)和斯塔爾(F.Stahl,1929—)以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素標記技術(shù),設(shè)計了一個巧妙的實驗。
科學家完成上述實驗的結(jié)果是:親代大腸桿菌的DNA經(jīng)離心處理后,試管內(nèi)只出現(xiàn)了一條DNA帶,位置靠近試管的底部,說明密度最大,是15N標記的親代雙鏈DNA(15N/15N-DNA);將轉(zhuǎn)移培養(yǎng)第一代細菌的DNA離心后,試管也只有一條帶,但位置居中,說明其密度居中,是只有一條單鏈被15N標記的子代DNA(15N/14N-DNA);將第二代細菌的DNA離心后,試管中出現(xiàn)兩條帶,一條帶位置居中,為15N/14N-DNA,另一條帶的位置更靠上,說明其密度最小,是兩條DNA都沒有被15N標記的子代雙鏈DNA(14N/14N-DNA)。實驗結(jié)果證明:DNA的復制是以半保留的方式進行的。
DNA復制的過程
DNA的復制是指親代DNA為模板合成子代DNA的過程。在真核生物中,這一過程是在細胞分裂前的周期,隨著染色體的復制而完成的。
復制開始時,在細胞提供的能量的驅(qū)動下,解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開,這個過程叫做解旋。然后,DNA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板,以細胞中游離的4種脫氧核苷酸為原料,按照堿基互補配對原則,各自合成與母鏈互補的一條子鏈。隨著模板鏈解旋過程的進行,新合成的子鏈也在不斷延伸。同時,每條新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。 這樣,復制結(jié)束后,一個DNA分子就形成了兩個完全相同的DNA分子。新復制出的兩個子代DNA分子,通過細胞分裂分配到子細胞中。
DNA復制是一個邊解旋邊復制的過程,需要模板、原料、能量和酶等基本條件。DNA獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復制提供了精確的模板,通過堿基互補配對,保證了復制能夠準確的進行。
DNA通過復制,將遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞,從而保持了遺傳信息的連續(xù)性。
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