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「DNA復制「一節的幾點釋疑

2024-03-28教育

本學期必修二的課程已經進行至此,我在備課的過程中透過翻閱高校教材,把一些疑問的點進行了澄清和梳理,分享給大家,以作備課和編審試題時的參考。水平有限,不確之處敬請指正。

1、關於DNA復制方式的推測和研究方法?

假說-演繹法。沃森和克瑞克在1953年發表完第一篇關於DNA結構的論文後,緊接著又發表了第二篇關於DNA結構的論文。在此文中,沃森和克瑞克提出了DNA復制的一種方式----半保留復制,並對可能存在的一些質疑做了解釋。同時期,一些科學家也提出了關於DNA復制的另外一些假說,主要有:全保留復制和彌散(分散)復制。

1958年,美國的梅塞爾森和斯塔爾用大腸桿菌作為實驗材料,運用同位素標記法,巧妙設計實驗證明了DNA的半保留復制。

實驗的假設和預期如下:

顯然,對DNA復制方式的研究采用了假說演繹的方法!

2、能說證明DNA半保留復制的實驗采用了放射性同位素標記技術嗎?

不能。15N是N的穩定同位素,不具有放射性,包括必修一中證明光合作用釋放的O2全部來自水的魯賓卡門實驗所用到的18O。

3、細胞內DNA復制需要哪些酶?

①DNA解旋酶,該酶具有依賴DNA的ATPase活性,可利用ATP水解的能量將DNA雙鏈開啟。該酶是DNA復制、重組和修復過程中關鍵的發動蛋白。

②DNA聚合酶,即依賴DNA的DNA合成酶,該酶催化dNTP脫去兩個磷酸基團加到核苷酸鏈的3'-OH端,形成磷酸二酯鍵,使子鏈沿5'~3'方向延伸。

③DNA連線酶,通常來說,在細胞內DNA復制過程中,復制叉(復制位點雙鏈解開所形成的Y型結構)中一條子鏈的延伸方向和解旋方向一致,能夠連續合成,是為前導鏈;另一條子鏈的延伸方向和解旋方向相反,不能連續合成,只能解旋一段合成一段,形成岡崎片段(日本人岡崎Okazaki發現),是為後隨鏈,細胞內線性DNA的這種復制特點成為半不連續復制,當然環狀DNA分子兩條子鏈的合成通常是連續的。DNA聚合酶不能將岡崎片段連線成完整的子鏈,岡崎片段的連線需要DNA連線酶將兩個片段之間的3'羥基和5'磷酸基連線形成磷酸二酯鍵。

④拓撲異構酶,也叫DNA回旋酶,在DNA分子復制過程中,隨著解旋的進行,復制叉前面親代DNA分子產生了正超螺旋,使得解旋變的很困難(就像我們用手指插進螺旋纏繞的雙股繩子中間往前把兩股分開時一樣,隨著手指往前進行,繩子越來越緊)。拓撲異構酶可以使DNA分子的超螺旋變松弛,消除阻遏解旋的壓力,使復制得以進行。

⑤引物合成酶,也叫引發酶,是一種特殊的RNA聚合酶,當然也不同於轉錄過程中的RNA聚合酶,該酶可以催化核糖核苷酸與去氧核苷酸的連線。由於DNA聚合酶功能的缺陷,不能將兩個遊離的去氧核苷三磷酸連線起來,因此,在細胞內DNA復制時,無論前導鏈還是後隨鏈的合成都需要一段RNA鏈作為引物提供3'-OH端,這就需要引物合成酶按照樣版合成一段引物。

當然,細胞內DNA分子的復制需要如上幾種酶外,還需要多種蛋白質和其他物質的參與。

4、DNA復制僅以ATP作為直接能源物質? 還是僅以dNTP作為直接能源物質?

細胞內DNA復制時,首先需要解旋酶將雙鏈解開,此過程需要ATP供能,子鏈延伸時以原料dNTP作為直接能源物質供能,岡崎片段連線時,以ATP供能(某些生物以NAD作為直接能源物質)。

5、多數DNA的雙向復制是什麽意思?

細胞中DNA的復制通常是在固定起點開始,解旋形成復制泡(包含兩個復制叉),兩個復制叉向兩個解旋的方向行進,是為雙向復制。當然有些生物DNA復制也存在單向復制的現象。