半保留复制
| A+医学百科 >> 半保留复制 |
半保留复制（semiconservative replication）：一种双链脱氧核糖核酸（DNA）的复制模型，其中亲代双链分离后，每条单链均作为新链合成的模板。因此，复制完成时将有两个子代DNA分子，每个分子的核苷酸序列均与亲代分子相同，这是1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）在DNA双螺旋结构基础上提出的假说，1958年得到实验证实。
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桪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桪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。
目录 |
实验结果表明
在全部由15N标记的培养基中得到的15N桪NA显示为一条重密度带位于离心管的管底。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桪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。
主要的遗传物质
DNA既然是主要的遗传物质，它必须具备自我复制的能力。瓦特森和克里克（1953）在提出DNA双螺旋结构模型的同时，对DNA复制也进行了假设。他们根据DNA分子双螺旋结构模型，认为DNA分子的复制，首先是从它的一端氢键逐渐断开。当双螺旋的一端已拆开为两条单链时，各自可以作为模板，从细胞核内吸取与自己碱基互补的游离核苷酸（A吸取T，C吸取G），进行氢键的结合，在复杂的酶系统的作用下，逐渐连接起来，各自形成一条新的互补链，与原来模板单链互相盘旋在一起，两条分开的单链恢复为双链DNA分子，与原来的完全一样。DNA的这种复制方式称为半保留复制（semiconservative replication）,因为通过复制所形成的新的DNA分子，保留原来亲本DNA双链分子的一条单链。
DNA在活体内的半保留复制特征已为1958年以来的大量试验所证实。DNA的这种复制方式对保持生物遗传的稳定具有非常重要的作用。
还可能存在其他两种复制方式，都以原来亲本DNA双链分子作为模板链。一种方法称为全保留复制（conservative replication）,在复制过程中新的DNA分子单链结合在一起，形成一条新的DNA双链，而亲本DNA双链仍然被保留在一起。另一种方法称为散布式复制(dispersive replication)，在复制过程中亲本DNA双链被切割成小片段，分散在新合成的两条DNA双链分子中。
提出DNA双螺旋结构
1953年J．D．Watson和 F．H．C． Crick在提出DNA双螺旋结构时，对其互补关系予以很大的重视，而且提出了DNA的复制模型。DNA在进行复制时各以双链中的每一条链作为模板，各个和互补的前体单核苷酸配对重合而形成与这二条单链各各对应的双重子螺旋二条。所谓互补就是指腺嘌呤一定只与胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤一定只与胞嘧啶配对，新的单核苷酸排列在模板上时，其排列法是依原来链上的碱基通过互补来决定的。这样无论子分子与子分子间，还是子分子与母分子间，碱基排列顺序是完全相同。这样一来具有和亲本完全一样的遗传信息的子分子自我增殖了二倍。这时所产生的子双重螺旋分子一条链是从亲代原封不动的接受下来的，只有相对的一条链是新合成的，所以把这种复制方式称作半保留复制。这个模型曾用重同位素标记的DNA以密度梯度离心法进行分析，或用放射性同位素标记的DNA以放射自显影法进行测定等等，用几种不同原理的方法，曾在从人到病毒的许多种生物中进行了验证，肯定了这个模型的正确性和普遍性。关于DNA是以半保留方式复制这一点已被认为是生物学中最基本的肯定性原理。
基本单位是脱氧核苷酸
构成DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，许许多多脱氧核苷酸通过一定的化学键连接起来形成脱氧核苷酸链，每个DNA分子是由两条脱氧核苷酸链组成。DNA分子结构的特点是：①DNA分子的基本骨架是磷酸和脱氧核糖交替排列的两条主链；②两条主链是平行但反向，盘旋成的规则的双螺旋结构，一般是右手螺旋，排列于DNA分子的外侧；③两条链之间是通过碱基配对连接在一起，碱基与碱基间是通过氢键配对在一起的，其中A与T以2个氢键相配对，C与G之间以3个氢键配对。所以在一个DNA分子中，G和C的比例较高，则该DNA分子就比较稳定。
具有相对的稳定性
DNA分子结构具有相对的稳定性是由两个方面决定的。一是基本骨架部分的两条长链是由磷酸和脱氧核糖相间排列的顺序稳定不变；二是空间结构一般都是右旋的双螺旋结构。DNA 分子的多样性是由碱基对的排列顺序的多样性决定的。DNA分子的特异性是指对于控制某一特定性状的DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的，如控制合成唾液淀粉酶的基因中，不论是何人，这段DNA分子中的碱基排列顺序是稳定不变的。
DNA分子的结构
20世纪40年代～50年代，科学家已经知道DNA
分子是由四种脱氧核苷酸组成的一种高分子化合物。但是，对于只
由四种脱氧核苷酸组成的DNA分子为什么能够成为遗传物质，仍然
感到困惑不解。为此，许多科学家都投入到对DNA分子结构的研究
中。1953年，美国科学家沃森和英国科学家克里克，共同提出了
DNA分子的双螺旋结构模型(如图)。
结构模式图
DNA分子的结构模式图中可以看出，DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸(如图)。由于组成脱氧核苷酸的碱基只有四种：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)，因此，脱氧核苷酸也有四种，即腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA分子就是由很多个脱氧核苷酸聚合而成的长链，简称多核苷酸链。
沃森和克里克认为
沃森和克里克认为，DNA分子的立体结构是规则的双螺旋结构。这种结构的主要特点是：(1)DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。(2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连结，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。(3)DNA分子两条链上的碱基通过氢键连结成碱基对，并且碱基配对有一定的规律：A(腺嘌呤)一定与T(胸腺嘧啶)配对；G(鸟嘌呤)一定与C(胞嘧啶)配对。碱基之间的这种一一对应关系，叫做碱基互补配对原则。在DNA分子的结构中，碱基之间的氢键具有固定的数目，即A与T之间以2个化学键相连(A＝T)，G与C之间以3个化学键相连(G≡C)。由于嘌呤分子(A、G)大于嘧啶的分子(C、T)，因此，要保持DNA两条长链之间的距离不变，必定是一个嘌呤与一个嘧啶配对。根据碱基分子所占空间的大小，只有A与T配对，G与C配对，碱基对的长度才能大致相同。根据DNA分子的上述特点，沃森和克里克制作出了DNA分子的双螺旋结构模型。
制作DNA双螺旋结构模型
从制作的DNA双螺旋结构模型中可以看出，组成DNA分子的碱基虽然只有四种，但是，碱基对的排列顺序却是可以千变万化的。例如，在生物体内，一个最短的DNA分子也大约有4000个碱基对，这些碱基对可能的排列方式就有4种。碱基对的排列顺序就代表了遗传信息。由此可见，DNA分子是能够储存大量的遗传信息的。碱基对的排列顺序的千变万化，构成了DNA分子的多样性，而碱基对的特定的排列顺序，又构成了每一个DNA分子的特异性，这就从分子水平上说明了生物体具有多样性和特异性的原因。DNA分子的复制DNA分子的结构不仅使DNA分子能够储存大量的遗传信息，还使DNA分子能够传递遗传信息。遗传信息的传递是通过DNA分子的复制来完成的。DNA分子的复制是指以亲代DNA分子为模板合成子代DNA的过程。这一过程是在细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期，随着染色体的复制而完成的。
DNA的复制
DNA的复制是一个边解旋边复制的过程(如图)。复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的双链解开，这个过程叫做解旋。然后，以解开的每一段母链为模板，以周围环境中游离的四种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，在有关酶的作用下，各自合成与母链互补的一段子链。随着解旋过程的进行，新合成的子链也不断地延伸，同时，每条子链与其对应的母链盘绕成双螺旋结构，从而各形成一个新的DNA分子。这样，复制结束后，一个DNA分子就形成了两个完全相同的DNA分子。新复制出的两个子代DNA分子，通过细胞分裂分配到子细胞中去。由于新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此，这种复制方式叫做半保留复制。由DNA的复制过程可以看出，DNA分子复制需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA分子独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。DNA分子通过复制，使遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
| 关于“半保留复制”的留言： |  订阅讨论RSS
|
|
目前暂无留言 | |
| 添加留言 | |