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2013届高二生物新课标人教版必修二3-3.doc 6页
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2013届高二生物新课标人教版必修二3-3.doc
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第节 时间：30分钟　满分：50分
考查知识点及角度 难度及题号
基础 中档 稍难
DNA复制过程及特点 1 6 5
复制的相关计算
综合 2、7、8
一、选择题 共6小题，每小题4分，共24分
1在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在 　　 。
两条DNA母链之间
子链与其互补的母链之间
两条DNA子链之间
子链与其非互补母链之间
解析　DNA复制时两条母链间的氢键
关于下图DNA分子片段的说法正确的是 　　 。
解旋酶可作用于①、②处
是鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
该DNA的特异性表现在碱基种类和的比例上
把此DNA放在含的培养液中复制2代，子代中含的DNA占
解析　解旋酶的作用是催化氢键DNA两条链分开，形成两条单链DNA，即作用于图中③处；“G”是鸟嘌呤脱氧核苷酸；DNA分子的特异性是由于每个特定的DNA分子都具有其特定的碱基对排列顺序，对于任何双链DNA分子中，的比值都是等于1；把此DNA放在含的培养液中复制2代，子代DNA都含有。
用标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个。该DNA分子在的培养基中连续复制4次，其结果可能是 　　 。
含有的DNA占
复制过程中需游离的腺嘌呤脱氧核苷酸600个
含有的DNA占
子代DNA中嘌呤与嘧啶之比是2∶3
解析　该DNA分子在培养基中连续复制4次，可得到2个DNA分子，其中含有的DNA分子占100%；含有的DNA分子占，因为DNA复制为半保留复制，亲代DNA分子的两条链只可能进入两个DNA分子中；在子代DNA分子中嘌呤与嘧啶之比是1∶1；在含有100个碱基对的DNA分子中，若有胞嘧啶60个，则含有腺嘌呤个数＝40，则连续复制4次所需腺嘌呤脱氧核苷酸的数目为40× 2－1 ＝600个。
假定某大肠杆菌含的DNA的相对分子质量为a，若将其长期培养在含的培养基中，便得到含的DNA，相对分子质量为b。现将含的DNA的大肠杆菌再培养在含的培养基中，那么，子二代的DNA的相对分子质量平均为 　　 。 B.
解析　含的DNA的相对分子质量为a，每条链质量为；含的DNA相对分子质量为b，每条链质量为；含的DNA的大肠杆菌，培养在含的培养基中，至子二代DNA由1个形成4个，其中2个是一条链含，一条链含，另2个是两条链都含，则DNA平均相对分子质量为 a＋＋a＋a ÷4＝。
蚕豆根尖细胞在含标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续分裂至中期，其染色体的放射性标记分布情况是 　　 。
每条染色体的两条单体都被标记
B每条染色体中都只有一条单体被标记
只有半数的染色体中一条单体被标记
每条染色体的两条单体都不被标记
解析　由于DNA分子的复制方式为半保留复制，在有放射性标记的培养基中一个细胞周期后，每个DNA分子中有一条链含放射性。继续在无放射性的培养基中培养时，由于DNA的半保留复制，所以DNA分子一半含放射性，一半不含放射性，每个染色单体含一个DNA分子，所以一半的染色单体含放射性。
如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图 　　 。
图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
真核生物的这种复制方式提高了复制速率
解析　本题通过信息考查DNA的复制相关知识。从图中可以看出DNA分子复制有多个起点，但不是同时开始，因为复制环有大有小，所以A不对。图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的，真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶、DNA聚合酶等参与。DNA分子，提高了效率。
二、非选择题 共2小题，共26分
12分 右图为细胞内DNA分子复制简图，请据图回答：
1 该过程发生的时间为细胞周期的________。
2 DNA分子复制时，在有关酶的作用下，以母链为模板，以游离的______为原料，按照______原则，合成与母链互补的子链。
3 若亲代DNA分子中A＋T占60%，则子代DNA分子中A＋T占________%。
4 若将含的细胞放在只含的环境中培养，使细胞连续分裂次，则最终获得的子代DNA分子中，含的占________，含的占________，这说明DNA的复制特点是________，其意义是________。
答案　 1 分裂间期　 2 脱氧核3 60　 4 　100%　半保留复制　保持了遗传信息的连续性
14分 科学家在研究DNA分子复制方式时，进行了如下的实验研究 已知培养用的细菌大约每20 min分裂一次 ：
1 复制过程除需要模板DNA、脱氧核苷酸外，还需要__________________等 至少答两点 。
正在加载中，请稍后...用32P、15N标记噬菌体后，让其侵染不含标记元素的细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，可找到上述放射性元素的是（　　
用32P、15N标记噬菌体后，让其侵染不含标记元素的细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，可找到上述放射性元素的是（　　）A. 可在外壳中找到15N、32PB. 可在DNA中找到15N、32PC. 可在外壳中找到15N、但无32PD. 可在DNA中找到32P、但无15N
用15N、32P共同标记噬菌体，其中15N标记了噬菌体的DNA和蛋白质外壳，32P标记了噬菌体的DNA．噬菌体侵染细菌过程中，蛋白质外壳留在细菌外面，DNA进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，又由于DNA复制具有半保留复制的特点，所以在子代噬菌体中能找到15N和&32P标记的DNA，而新形成的蛋白质外壳中不含放射性标记．故选：B．
试题解析：
1、噬菌体侵染细菌过程中，蛋白质外壳留在细菌外面，DNA进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料合成子代噬菌体的蛋白质外壳和DNA，又由于DNA复制具有半保留复制的特点，所以在子代噬菌体中能找到32P和15N的DNA，不能找到32S的蛋白质，但在子代噬菌体的外壳中检测到35S．2、过程：吸附→注入（注入噬菌体的DNA）→合成（控制者：噬菌体的DNA；原料：细菌的化学成分）→组装→释放．
名师点评：
本题考点： 噬菌体侵染细菌实验． 考点点评： 本题考查噬菌体侵染细菌的实验，要求学生识记噬菌体的结构，明确噬菌体为DNA病毒，不能独立生存；识记噬菌体侵染细菌的过程，明确噬菌体侵染细菌时，只有DNA注入，且合成子代所需的原料均来自细菌；掌握噬菌体侵染细菌的实验过程及结论．
与《用32P、15N标记噬菌体后，让其侵染不含标记元素的细菌，在产生的子代噬菌体的组成结构中，可找到上述放射性元素的是（　　》相关的作业问题
B,因为N和P是DNA的组成元素,S是蛋白质中的元素,而噬菌体侵染细菌产生的子代噬菌体是用细菌的蛋白质,所以没S,DNA是复制的,所以有15N和32P
噬菌体侵染实验中P只能标记到DNA上,而S只能标记到蛋白质上,N则两者都可以.侵染过程中亲代噬菌体只提供DNA模板,其余所需酶和原料均来自细菌.因此,由于亲代噬菌体蛋白外壳未进入细菌,子代噬菌体的蛋白外壳都是利用细菌的无放射性氨基酸合成的,所以外壳中无35S；同时,亲代噬菌体DNA中含15N和32P,会在子代中出现.因
噬菌体是DNA病毒，由蛋白质外壳和DNA组成．蛋白质和DNA都有CHON四种元素，蛋白质中含有S元素，DNA上有P元素．当用3H、15N、32P、35S标记噬菌体后，让其侵染细菌，在产生子代噬菌体的组成结构成分中，蛋白质外壳和DNA中都能找到3H、15N；因为侵染时只有DNA进入细菌体内，所以还可以找到的放射性元素是3
A、合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中找不到15N和35S，A错误；B、合成子代噬菌体DNA的原料均由细菌提供，但DNA的复制方式为半保留复制，因此在子代噬菌体的DNA中可以找到15N和32P，B正确；C、合成子代噬菌体蛋白质外壳的原料均由细菌提供，因此在子代噬菌体的蛋白质外壳中
噬菌体属于病毒,不具有细胞结构,不能进行独立的代谢活动,必须寄生在活细胞体内.在本实验中,先培养细菌使其具有放射性,再用噬菌体侵染己标记的细菌,以获得被标记噬菌体.如果反过来则不能获得标记的噬菌体.
解题思路： 本题主要考查有关噬菌体的知识，主要寄生在细菌体内。解题过程： 解析：在生物大分子中，S是蛋白质特有的元素，核酸中没有，因此A选项错误；噬菌体是一种寄生在细菌体内的病毒，利用细菌的原料繁殖，而酵母菌是真核生物，故B选项错误，D选项正确；噬菌体是DNA病毒，只有DNA一种核酸，也是其遗传物质，故C选项错误。最终
你有没有想过,一个氧原子有两个水分子产生,因此,被标记的氧分子有两种可能,即两个氧原子均被标记,或者只有一个氧原子被标记,因此,含标记元素的氧分子数所占比例应为0.1^2+2*0.1*(1-0.1)=0.19因此,答案是C只要善于思考,问题总有解答的.好好努力吧!
石蜡是烃类，氯气会与烃类发生取代反应，生成卤代烃，燃烧时会产生含氯元素的气体．故选B．
注意到在Na2SO3和Na2SO4中,Na和S原子数之比都是2:1所以Na和S的质量比 = (23*2):(32*1) = 23:16现在已知S元素的质量分数为a,所以Na元素质量分数=23a/16所以O元素质量分数=1-a-23a/16=1-39/16a
由于氧化铜和氢氧化铜与硫酸反应后都会生成硫酸铜，含硫元素的3.2%的溶液50g中含有的硫的质量是50g×3.2%=1.6g，而硫酸铜中硫与铜的质量之比是3264＝12，所以含铜元素的质量为3.2g，反应后的滤渣为不能与硫酸反应的单质铜，故混合物中铜元素的质量为3.2g+4g=7.2g；则原混合物中Cu元素的质量分数为7
不对水的化学式是H20,本身就含有氧元素
设二者的摩尔质量分别为m, M, 在Na2SO3部分变质后的样品中, Na2SO3的质量分数为x, 不妨设样品为1克a = 32x/m + 32(1 - x)/Mx = m(an - 1024)/[32(M - m)]氧元素的质量分数b = 48x/m +64(1 - x)/M= (48/m - 64/M)x + 64
这个实验标记的就是噬菌体,哪个文件说标记大肠杆菌了,能不能介绍一下.是不是有些题目中为了考察学生的思维而设置的情意啊. 再问： 嗯，就是教材上啊，上边说“在分别含有同位素35S和32P的培养基中培养大肠杆菌” 再答： 小同志，这是为了标记噬菌体做准备。 先将大肠杆菌标记，再用标记的大肠杆菌培养噬菌体，这样就标记上噬菌体
a 再问： 可以详细点吗？ 再答： 好难说.....其实你自己再仔细想想，这道题不难。再问： B中复制需要的腺嘌呤和胞嘧啶有什么关系呢？ 再答： 没有关系的。 胞嘧啶和鸟嘌呤的数量是相等的，腺嘌呤和胸腺嘧啶数量相等。 所以胞嘧啶与腺嘌呤没有直接关系。 B是错的。
A、用35S标记了噬菌体的蛋白质外壳．噬菌体侵染细菌过程中，蛋白质外壳留在细菌外面，所以在子代噬菌体中都不能找到35S标记的蛋白质，A错误；B、用32P标记一个噬菌体的DNA，噬菌体侵染细菌过程中，DNA进入细菌内部，在细菌中以噬菌体DNA为模板，利用细菌的原料合成子代子代噬菌体的DNA，由于DNA复制具有半保留复制的
A.这道题有点文字游戏的意味,题目问的是绝大部分,也就是不是全部.而噬菌体将DNA注入细菌后,以DNA中的核苷酸为原料进行复制,但是原本的DNA还存在,故新产生的噬菌体部分子噬菌体还是含有32P.而噬菌体将蛋白质外壳留在细菌外,然后完全以细菌的氨基酸为原料产生新的蛋白质外壳,所以说其新产生的子噬菌体的外壳完全不含35S
噬菌体没有细胞结构，侵染含有31P和32S的细菌后，以细菌的物质为原料合成新的噬菌体．所以用35S、32P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA，感染含32S、31P的细菌，在细菌体内各复制了4次后，从细菌细胞中释放出的子代噬菌体者含有32S和31P．由于噬菌体的蛋白质外壳没有进入细菌，所以子代噬菌体中不含35S．故选：B．
大部分在沉淀物中上清液也可以检测到部分32P因为有些噬菌体没有感染细菌
噬菌体侵染细菌时，只有DNA进入细菌作为模板控制子代噬菌体的合成，而且合成子代噬菌体所学的原料均来自细菌．根据DNA半保留复制特点，子代噬菌体的DNA含有大量的31P和少量的32P，而子代噬菌体蛋白质外壳的均只含有32S．故选：B．扫二维码下载作业帮
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怎样证明DNA分子是半保留复制的
可睡了手抽了1
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在上世纪中叶（1950s）James Watson 和 Francis Crick提出了著名的DNA双螺旋以及双链间碱基配对的模型,根据这个模型,他们进一步提出了DNA复制的半保留模型（semiconservative model）,虽然这个模型比当时并存的全保留模型（conservative 模型）看起来简单易行的多,但始终缺乏有说服力的数据. 最后在1957年,当时在Caltech作研究生的Matthew Meselson和作博士后的Franklin Stahl设计并实现了这组著名的,证明了DNA复制半保留机理的实验.试验中,他们先将大肠杆菌细胞培养在用15NH4Cl作为唯一氮源的培养液里养很长时间（14代）,使得细胞内所有的氮原子都以15N的形式存在（包括DNA分子里的氮原子）.这时再加入大大过量的14NH4Cl和各种14N的核苷酸分子,细菌从此开始摄入14N,因此所有既存的“老”DNA分子部分都应该是15N标记的, 而新生的DNA则应该是未标记的.接下来他们让细胞们继续高高兴兴地生长,而自己则在在不同时间提取出DNA分子,利用CsCl密度梯度离心分离,而当细胞分裂了一次的时候只有一个DNA带,这就否定了所谓的全保留机理,因为根据全保留机理,DNA复制应该通过完全复制一个“老”DNA双链分子而生成一个全新的DNA双链分子,那么当一次复制结束,应该一半DNA分子是全新（双链都完全只含14N）, 另一半是“全老”（双链都完全只含15N）.这样一来应该在出现在离心管的不同位置,显示出两条黑带.通过与全14N和全15N的DNA标样在离心管中沉积的位置对比,一次复制（分裂）时的这根DNA带的密度应当介于两者之间,也就是相当于一根链是14N,另一根链是15N.而经历过大约两次复制后的DNA样品（generation＝1.9）在离心管中显示出强度相同的两条黑带,一条的密度和generation＝1时候的一样,另一条则等同于完全是14N的DNA.这样的结果跟半保留机理推测的结果完美吻合就这样,关于DNA复制机理的争论终于被Meselson和Stahl完美解决,而基因学和基因组学也得以在此后的五十年取得一系列重大突破. 希望有所帮助~
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DNA的半保留复制
DNA的半保留复制
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Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时即推测，DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制(semiconservative replication)。
1958年Meselson和Stahl利用氮标记技术在大肠杆菌中首次证实了DNA的半保留复制，他们将大肠杆菌放在含有15N标记的NH4Cl培养基中繁殖了15代，使所有的大肠杆菌DNA被15N所标记，可以得到15N?NA。然后将细菌转移到含有14N标记的NH4Cl培养基中进行培养，在培养不同代数时，收集细菌，裂介细胞，用氯化铯(CsCl)密度梯度离心法观察DNA所处的位置。由于15N?NA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化铯密度梯度离心(density gradient centrifugation)时，两种密度不同的DNA分布在不同的区带。
　　实验结果表明：在全部由15N标记的培养基中得到的15N?NA显示为一条重密度带位于
的管底。当转入14N标记的培养基中繁殖后第一代，得到了一条中密度带，这是15N?NA和14N-DNA的杂交分子。第二代有中密度带及低密度带两个区带，这表明它们分别为15N14N－DNA和14N14N-DNA。随着以后在14N培养基中培养代数的增加，低密度带增强，而中密度带逐渐减弱，离心结束后，从管底到管口，CsCl溶液密度分布从高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在与其相当的CsCl密度处，在紫外光下可以看到DNA分子形成的区带。为了证实第一代杂交分子确实是一半15N-DNA－半14N－DNA，将这种杂交分子经加热变性，对于变性前后的DNA分别进行CsCl密度梯度离心，结果变性前的杂交分子为一条中密度带，变性后则分为两条区带，即重密度带(15N－DNA)及低密度带(14N－DNA)。它们的实验只有用半保留复制的理论才能得到圆满的解释(图16－2和16-3)。
图16-2　DNA的半保留复制
第一代分子含有一条亲代的链(用黑色素示)，与另一条新合成的链(用白色表示)配对。在以后的连续复制过程中，原来亲代的两条链仍然保持完整，因此总有两个分子各具有一条原来亲代的链。
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图16-3　DNA的半保留复制
Meslson?Stahl实验密度梯度离心后的DNA位置：左三管为对照；右三管为实验结果
相关实验方法
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Reserved.导读：自然杂志第３２卷第４期０２５３―９６０８．２０１０．０４．００８自然科学史ｄｏｉ，北京１０００８４关键词半保留复制半不连续复制密度梯度离心法脉冲标记实验冈崎片段尿，冈崎提出不连续复制的思路，ＤＮＡ的半保留复制和半不连续复制是ＤＮＡ复制的两种基本方式，生物体内ＤＮＡ双链的复制大都是以这两种复制方式进行的，半保留复制是在１９５３年由沃森和克里克在分析ＤＮＡ结构特征的基础上，在回答ＤＮＡ怎样自我复制自然杂志第３２卷第４期０２５３―９６０８．２０１０．０４．００８自然科学史ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎＤＮＡ半保留复制和半不连续复制的提出与确立向义和教授，清华大学物理系，北京１０００８４关键词半保留复制半不连续复制密度梯度离心法脉冲标记实验冈崎片段尿嘧啶片段笔者介绍了ＤＮＡ的半保留复制和半不连续复制提出与确立的过程：沃森和克里克提出ＤＮＡ半保留复制的思路；Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ的实验验证；冈崎提出不连续复制的思路。并通过步步深入的实验证实。ＤＮＡ的半保留复制和半不连续复制是ＤＮＡ复制的两种基本方式，生物体内ＤＮＡ双链的复制大都是以这两种复制方式进行的。半保留复制是在１９５３年由沃森和克里克在分析ＤＮＡ结构特征的基础上，在探讨子代ＤＮＡ如何真实地获得亲代ＤＮＡ的遗传信息中，在回答ＤＮＡ怎样自我复制的问题时提出的。在半保留复制方式提出５年后，Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ用放射性元素标记法和密度梯度离心法，通过探讨亲代原子在子代分子中分布的规律，从实验上验证了半保留复制方式。１９６８年冈崎在分析ＤＮＡ双链连续生长的推测与ＤＮＡ聚合酶只按ＤＮＡ的５７―３７延伸方向合成的事实的矛盾中，提出了不连续复制假设，接着他通过脉冲标记实验和密度梯度离心法，揭示了两条链上不连续复制的存在，几年后又通过基因突变体的实验证明了半不连续复制假设。氮碱基有四种不同的类型，它们是腺嘌呤（ａｄｅｎｉｎｅ），鸟嘌呤（ｇｕａｎｉｎｅ），胸腺嘧啶（ｔｈｙｍｉｎｅ）和胞嘧啶（ｃｙｔｏ．ｓｉｎｅ），分别用Ａ，Ｇ，Ｔ，Ｃ表示。众所周知，沿着这条链的碱基的序列是不受限制的。由糖，磷酸基和碱基组成的单体称为核苷酸。ＤＮＡ单链是一条多核苷酸链。多核苷酸链一端的核苷酸具有自由的５’磷酸基团，而另一端核苷酸具有３７羟基基团。传统上按照５７到３’的方向写ＤＮＡ的顺序。ＤＮＡ分子不是由一条链而是由两条链组成的。这两条链围绕着一条共同的纤维轴盘绕，如图２所示。两条链是由碱基之间的氢键连在一起的。这些碱基以成对的方式连接在一起，从一条链的一个单碱基通过氢键键结到另一条链的单碱基。重要之点在于只有确定的碱基配对才能适应于这个结构。受到形成氢键条件的限制，唯一可能的碱基配对是腺嘌呤与胸腺嘧啶１半保留复制的确立５端一Ｏｏ．～。１．１半保留复制的提出在沃森（Ｊ．Ｄ．Ｗａｔｓｏｎ）和克里克（Ｆ．Ｈ．Ｃ．Ｃｒｉｃｋ）在《自然》杂志上把他们的ＤＮＡ双螺旋结构模型公诸于世后一个月。１９５３年５月３０日，他们又在《自然》杂志上发表了一篇题为“脱氧核糖核酸结构的遗传学意义”的论文［１］，对ＤＮＡ的复制过程提出了科学的预见。他们在文章的开始部分，首先概述了ＤＮＡ双螺旋结构的基本特征：ＤＮＡ主链是由脱氧核糖和磷酸基（ＨＰ０４）有规则的交替组成的。每个脱氧核糖的糖环上有５个碳原子，分别标记为１７―５７，磷酸（Ｈ３１＇０４）分子与邻近核糖的Ｃ．３７位羟基（ｏＨ）和ｃ－５’位羟基缩合成两个酯键，将两个糖结合起来。在图１中连接到每个糖的含ＯＨ３’端圈１ＤＮＡ单链的化学结构式?２２９?万方数据ＨｉｓｔｏｒｙｏｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ圈２ＤＮＡ双螺旋结构配对，鸟嘌呤和胞嘧啶配对，如图３所示。所以，两链是互补的，一条链上核苷酸排列顺序决定了另一条链上核苷酸排列顺序。就是说，ＤＮＡ分子的每一条链都含有合成它的互补链的全部信息。由于ＤＮＡ两条链是互补的，因此ＤＮＡ双链分子末端极性是５７―３７和３７－＇５７反向平行的。ＡＤＥＮＴＮＥＴＨＹＭＩＮＥ破：忒＿豳３腺嘌呤（Ａ）和胸腺嘧啶（Ｔ）对，鸟瞟呤（Ｇ）和胞嘧啶（Ｃ）对这说明“专一的碱基配对直接地表明了遗传物质的一种可能的复制机制。”他们指出：“在这个模型中磷酸和糖的骨架是完全规则的，而在这种结构中碱基对的排列顺序是可以不同的。这一模型说明，在一个很长的分?２３０?万方数据ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｕｒｅＶ０１．３２Ｎｏ．４子中可以有很多不同的碱基排列顺序。因此，这似乎表明碱基顺序就是携带遗传信息的，如果已知两条链中一条的碱基顺序，根据专一碱基配对法则，可以准确无误地写出另一条链的碱基顺序。可见一条链和另一条链是互补的，正是这一特点表明脱氧核糖核酸分子是如何自我复制的。”ＤＮＡ怎样自我复制呢？沃森和克里克把ＤＮＡ双螺旋看成是一对模板，这两条模板是彼此互补的。他们假定复制分两步走：在复制之前氢键断裂。两条链解开并彼此分离。然后，每条链都可以作为模板，在其上形成一条新的互补链，因此最终将得到两对ＤＮＡ链，这就实现了自我复制［２］（见图４）。这样新形成的两个ＤＮＡ分子与原来ＤＮＡ分子的碱基顺序完全一样。因此，每合成的，所以这种复制方式被称为ＤＮＡ的半保留复制（ｓｅｍｉｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）圈４ＤＮＡ的半保留复制方式他们还假设在单链存在的条件下对ＤＮＡ的合成做了如下的推测：“对我们的模型所进行的一番研究表明，如果单链（或单链的有关部分）形成螺旋构型的话，这种复制就可通过最简单的方式发生。我们假想在细胞生命周期的这个阶段，游离的核苷酸（严格说是多核苷酸的前体）在数量上是充足的。游离核苷酸的碱基将不时通过氢键的形成来连接到已形成的那部分链的碱基上。现在我们假定，只有当新产生的链能够形成所假设的结构时，这些单体聚合形成新链的过程才可能发生……是否需要一种特殊的酶来完成这种聚合过程，或者已形成的单条螺旋链是否本身就具有酶的效应，这样的问题仍旧有待研究。”最后，他们认为他们提出的复制方式尚待实验的检个子代分子的一条链来自亲代ＤＮＡ，另一条链则是新验，并提出了一系列富有启发性的问题。他们说：“目前自然杂志第３２卷第４期我们提出的有关ＤＮＡ复制的一般性过程必须被看成仅仅是一种推测。即使我们这种推测是正确的，从我们所描述的内容也清楚地反映了，在遗传复制过程能够被详细描述之前，还有很多内容有待发现。比如，多核苷酸的前体是什么？是什么导致双链的解旋和分离？蛋白质的具体作用是什么？染色体是由一对长的ＤＮＡ双链，还是通过蛋白质连接在一起的ＤＮＡ片段组成的呢？尽管存在这些不确定性，我们觉得我们提出的ＤＮＡ结构仍然有助于解决一个基本的生物学问题，即进行遗传复制所需要的模板的分子基础。”［３］１．２半保留复制的实验验证１９５８年，美国加利福尼亚大学生物化学教授Ｍｅ―ｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ用实验证实了ＤＮＡ的复制是以半保留方式进行的。在当年《美国国家科学院学报》上，他们在题为《在大肠杆菌中ＤＮＡ的复制》的论文中介绍了这项工作［引。他们用放射性元素标记的方法和密度梯度离心法探讨了亲代原子在子代分子中分布的规律。在氯化铯溶液梯度离心时，它的浓缩梯度和压力梯度导致沿着离心力方向的密度连续增加。存在于这个密度梯度场中的ＤＮＡ大分子它既有离开旋转中心的倾向。又有由较高浓度区域扩散到较低浓度区域的倾向，达到平衡时，ＤＮＡ分子就停在氯化铯溶液浓度等于ＤＮＡ分子浮力密度（即测定的分子密度）处，紫外光下可以看到一条吸收带。单一种类的ＤＮＡ分子分布在一条带上，如果存在几种不同密度的ＤＮＡ，每种ＤＮＡ的浮力密度等于氯化铯溶液的密度处形成该种ＤＮＡ的一条带。图５分别显示了用放射性元素，重氮（１５Ｎ）标记和轻氮（１４Ｎ）标记的ＤＮＡ的两条带，其浮力密度分别为１．７２４ｇ／ｃｍ３和１．７１０ｇ／ｃｍ３。其中（ａ）图是拍摄的两条带的照片，（ｂ）图是用微密度计探测的在（ａ）图的两条带中ＤＮＡ的分布。郾１４Ｎ．ＤＮＡ和”Ｎ?ＤＮＡ的两条带以及两条带中的密度分布检验ＤＮＡ是否按半保留方式复制的实验是这样进行的：他们先把大肠杆菌在９６．５％同位索纯度的１５ＮＨ４ＣＬ的培养液中繁殖１５代，使所有的细菌ＤＮＡ都被１５Ｎ标记。然后取出样品，经氯化铯溶液梯度离心，达到平衡时，就形成１５Ｎ―ＤＮＡ重密度带。再把１５Ｎ标记的万方数据自然科学史细菌ＤＮＡ转移到含正常轻同位素１４ＮＨ４ＣＬ的培养液中培养，在不同时间取出样品，用氯化铯溶液梯度离心，就可以得到各个子代的密度带。经过一代的时间，所有ＤＮＡ的密度都介于１５Ｎ．ＤＮＡ和１４Ｎ．ＤＮＡ之间，形成中间密度带。这可以按半保留复制解释，在半保留复制中ＤＮＡ是杂交分子，即形成１５Ｎ１４Ｎ的杂交分子。两条链中一条链是亲代１５Ｎ标记的重链，另一条是含１４Ｎ的轻链，这样两条链形成密度上杂交的ＤＮＡ。在１４Ｎ培养液中经过两代时间，就可以看见在氯化铯密度梯度中出现以相等量存在的两条带，一条在中间密度区域，另一条在低密度区域。按半保留复制方式会形成１５Ｎ¨Ｎ和１４Ｎ１４Ｎ两种分子，所以出现了以相等量存在的这两条带。而且随着在１。Ｎ培养液中培养的代数的增加，中间密度区带的量始终不变，而低密度区带的量越来越多。这个实验结果与ＤＮＡ分子半保留复制是一致的［５｜。按照半保留复制，显然１４Ｎ¨Ｎ分子越来越多，如图６所示沉降疗向矗溢混合带图６ＤＮＡ半保留复制实验根据这些实验结果，Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ得出与半保留复制一致的结论：“每个亲代分子把两个亚单位传递给子代分子，每个子代分子只接受到一个亲代亚单位。由此可见，每个单个分子复制的作用导致进入作用的那些分子数量的加倍。”又指出：“现在的实验与沃森和克里克的ＤＮＡ复制模型所预测的是一致的。然而，必须强调的是在现在的实验中没有说明新发现的亚单位是单条多核苷酸链，在此研究的ＤＮＡ分子与沃森和克里克提出的结构所指的单链ＤＮＡ分子相符合。”为了说明这点，他们做了热变性实验。在第二个实验中．他们把１５Ｎ１４Ｎ密度杂交ＤＮＡ在１００℃下加热３０ｍｉｎ，然后在氯化铯溶液密度梯度中离心，导致加热前的坫ＮＨＮ中间密度带消失，出现了以相等量（即浓度相同）存在的两条带，这两条带之间的密度?２３１?ＨｉｓｔｏｒｙｏｆＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ差是０．０１５ｇ／ｃｍ３，接近于１５Ｎ－ＤＮＡ和１４Ｎ?ＤＮＡ密度的差值，如图７所示。这说明１５Ｎ－ＤＮＡ在正常轻同位素１４Ｎ培养液中复制的第一代ＤＮＡ是由一条１４Ｎ轻链和一条重同位素１５Ｎ重链组成的。这就进一步确证了ＤＮＡ的复制是半保留方式。圈７在加热变性时大肠杆菌１５Ｎ¨Ｎ?ＤＮＡ亚单位的分离２半不连续复制的确立２０世纪６０年代日本名古屋大学科学学院分子生物研究所教授冈崎（ＲｅｉｊｉＯｋａｚａｋｉ）等人对ＤＮＡ链的生长机制进行了研究。１９６８年在美国《冷泉港量子生物专题论文集》中介绍了他们的工作［６］６。他们在题为“在体内ＤＮＡ链生长的机制”的论文中写道：“Ｍｅｓｅｌｓｏｎ和Ｓｔａｈｌ的实验和后来的研究表明细菌染色体的复制是顺序地进行。这就导致染色体ＤＮＡ两条子代链连续生长的推断，在一条链上合成的方向是５７到３７，而在另一条链上是３７到５’（图８Ａ）。然而，两条链连续生长的这种机制与在试管内由ＤＮＡ聚合酶合成的ＤＮＡ在５７到３’方向进行的事实相矛盾。已经发现对于ＤＮＡ链的３７到５７方向的合成没有酶的反应。”当新生单链ＤＮＡ以亲代单链为模板进行合成时，其生长点是在３７端，还是５７端，即新生单链ＤＮＡ分子的延伸方向是５７―３’？还是３７―５７７２０世纪５０年代中期美国生物化学家科恩伯格（Ａ．Ｋｏｒｎｂｅｒｇ）就提出ＤＮＡ分子的复制过程必然是在ＤＮＡ聚合酶作用下的酶促反应过程。实验证明ＤＮＡ聚合酶只能利用引物分子提供的３＂－ＯＨ末端聚合脱氧核苷三磷酸（ｄＮＴＰ），所以７―３７。１９６０年，科恩伯格在《科学》上发表题为“ＤＮＡ的生物合成”的论文时，就明确指出：“ＤＮＡ聚合酶把单核苷酸加到引物链ＤＮＡ生长端的３７羟基上表明ＤＮＡ合成在５７到３’方向进行。”为了解决ＤＮＡ两条子代链连续生长的推断与ＤＮＡ聚合酶只能按ＤＮＡ的５７―３７延伸方向合成ＤＮＡ的事实的矛盾，冈崎提出了他的不连续复制模型。他写道：“如果在体内按照在图８Ｂ―Ｄ中所示的不连续机制合成，这?２３２?万方数据ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｔｕｒｅＶ０１．３２Ｎｏ．４链，在复制点按照５７到３’方向合成短的片段，然后连接这些片段成为长的ＤＮＡ链。”心‘、、卜一／∥纩心纩≮∥心二∥，∥一。圈８在ＤＮＡ的复制区域中可能的结构和复制的模型接着，冈崎从这些不连续复制模型提出了如下的预测：①一条或两条子代链的最新复制的部分在变性后能够分离为有别于大的来自染色体其余部分的ＤＮＡ分子的短的ＤＮＡ链。也就是说，在新合成的ＤＮＡ里存在许多小的片段。②对于在ＤＮＡ链之间磷酸二酯键的形成，酶的专一性的和暂时的抑制，将导致新生短链明显的积累。也就是说，如果消除了使ＤＮＡ片段连接在一起的连接酶，将导致新生短链明显的积累。为了检验不连续复制的第１个预测，他们首先进行了脉冲标记实验。１９６８年冈崎等人在《美国国家科学院学报》上发表“ＤＮＡ链生长的机制，Ｉ．新合成链的可能不连续性和不寻常的二级结构”中叙述了对第１个预测的实验检验［７Ｊ。脉冲标记实验指的是将某体系极短暂地暴露于放射性同位素而后进行分析。借助于短时间接触同位素的方法，可以标记一个化合物所用的放射性同位素的量。冈崎小组选择了Ｔ４噬菌体ＤＮＡ的复制。大肠杆菌内产生噬菌体ＤＮＡ。在脉冲标记实验中，他掺入激活的营养物中，在Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌细即在各种各样脉冲长度（２Ｓ，７Ｓ，１５ｓ，３０ｓ，６０Ｓ，１２０ｓ）中通过密度梯度离心，测量新合成的ＤＮＡ片段的大小。在超速离心的的试管内密度由顶部向底部递增，可２．１半不连续复制的提出新生单链ＤＮＡ分子的延伸方向只能是５个困难就能避免。这些模型假设：或者一条链，或者两条２．２半不连续复制的实验验证２．２．１脉冲标记实验他们使用的有机物是Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌细胞。我们知道噬菌体是由一个蛋白质外壳及其包裹的核酸组成。在噬菌体把自己的ＤＮＡ注人大肠杆菌后，就在们用放射性同位素３Ｈ标记胸苷，而后使３Ｈ标记的胸苷胞与３Ｈ标记的胸苷三磷酸结合达到所要求的时间后，终止这个反应Ｌ８Ｊ８。对密度仅有轻微差别的大分子混合物加以分层。大分自然杂志第３２卷第４期子通过密度沉降成带，根据它们的沉降速度差异而被分开。沉降速度用沉降系数ｓ量度，沉降系数ｓ等于在单位离心力场中颗粒沉降的速度，其单位为秒（ｓ）。因为许多生物大分子的ｓ值很小，所以定义１０―１３Ｓ为一个沉降系数单位，用Ｓ表示。在冈崎的实验中，通过碱性蔗糖梯度使样品分层。在离心后，从管的底部收集这些ＤＮＡ片段。在重复沉淀之后，用分光仪计数每种片段中的放射性ＤＮＡ。用测定在大肠杆菌原生质体中的侵染部分，确定噬菌体ＤＮＡ在片段中的分布。用从界面到噬菌体ＤＮＡ带的距离表示沉降距离。图９表明用Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌细胞获得的结果。Ｔ４噬菌体在２０℃下侵染大肠杆菌细胞７０ｍｉｎ后，当噬菌体ＤＮＡ正在能动地合成时，用３Ｈ一脱氧胸苷脉冲标记Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌细胞。在２ｓ脉冲标记之后，在具有９Ｓ沉降系数的ＤＮＡ组分中，几乎恢复了所有这些脉冲标记。在这个探测限度内好像所有的标记都是处在很短的ＤＮＡ片段内，相应的ＤＮＡ片段的长度为１０００～２０００个核苷酸大小，其放射性峰值接近离心管的顶部。随着标计时段的增加，在较快的沉降物质中也找到这种放射性，其放射性峰值更接近管的底部，这是由于新形成的标记的ＤＮＡ小片段连接到标记开始前合成的ＤＮＡ大片段的结果。大约在３０ｓ脉冲标记时在“９Ｓ组分”中的放射性迅速地增加而且达到了最大值，同时在快速沉降组分中的放射性几乎线性地增加，而在两分钟内达到了高于在“９Ｓ组分”的放射性１０倍的水平。快速组分的沉降速率逐渐增加，像在生长的０Ｉ．．．．．．．．．．．．．．．．１．．．．．．．．．．．．．．．．Ｊ．．．．．．．．．．．．．．．．Ｊ一２０４０６０Ｓ圈９来自Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌细胞的脉冲标记ＤＮＡ的碱性蔗糖梯度沉降万方数据自然科学史细菌细胞中一样。在两分脉冲之后，平均沉降系数大约是４０Ｓ。在其他实验中对于５ｍｉｎ和１０ｍｉｎ脉冲标记ＤＮＡ分别获得了４５ｓ和５０ｓ的平均沉降系数。实验结果表明在很短的脉冲标记后，在慢的沉降组分中恢复了所有这些标记，这就证实新合成的ＤＮＡ里存在许多短的片段。这些片段称为冈崎片段（Ｏｋｚａｋｉｆｒａｇｍｅｎｔ）。冈崎片段的发现符合两条子代链不连续合成的预测（图８Ｃ或Ｄ），对于半不连续复制模型还没有提供充分的证据。随后冈崎通过证实当ＤＮＡ连接酶被抑制时，这些小的ＤＮＡ片段累积到很高的水平，进一步支持了不连续复制的假设。２．２．２抑制连接酶导致新生短链积累的实验为了检验不连续复制假设的第二个预测，他们进行了抑制连接酶导致新生短链积累的实验。１９６８年，冈崎在《美国国家科学院学报》上发表的第二篇论文［９］“ＤＮＡ链生长的机制，Ⅱ．在用缺陷性连接酶Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌中新合成短链的积累”中指出：“脉冲标记实验支持了ＤＮＡ链不连续复制的假设。按照这一假设在复制点合成短的ＤＮＡ片段，其后通过磷酸二酯键的形成，把这些较早合成的ＤＮＡ片段连接起来。假设这些短链的连接是由多核苷酸连接酶，最近在Ｔ４噬菌体侵染的大肠杆菌中发现的一种酶完成的。如果用这种机制在体内复制ＤＮＡ。在连接酶功能暂时削弱的条件下，在细胞内将累积这些新合成的短的ＤＮＡ链。”他们把Ｔ４噬菌体的基因３０等同于连接酶的结构基因，即Ｔ４ｔｓＡ８０和Ｔ４ｔｓＢ２０。用基因３０（ｔｓＡ８０，ｔｓＢ２０）的Ｔ４噬菌体突变型侵染的细胞，在温度从２０℃变动到４３℃后１ｒａｉｎ，开始脉冲标记，检验了这个预测。他们在文中描述了在图１０中表示的实验。他们写道：“在温度从２０℃变动到到管ｕ的相对距离到管门的相对距离Ｉ．．．．．．．．．．．．－．．．．．．．．．．．．－．．．．．．．．＿Ｌ１．．．．．．．．．．．．Ｉ．．．．．．．．．．．ＪＬ．．．．．．．．上０２０４０６００２０４０６０Ｓ图１０Ｔ４噬菌体突变型侵染细胞时．在升温后脉冲标记ＤＮＡ的碱性蔗糖梯度沉降?２３３?包含总结汇报、办公文档、外语学习、教程攻略、考试资料、党团工作、行业论文、资格考试以及DNA半保留复制和半不连续复制的提出与确立等内容。本文共2页
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