备课素材：冈崎半不连续复制假说-高一下学期生物人教版必修2

冈崎半不连续复制假说先看一道试题：日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说:DNA复制形成互补子链时,一条子链是连续形成的,另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1)。为验证这一假说,冈崎进行了如下实验:让T4噬菌体在20℃时侵染大肠杆菌70min后,将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,在2秒、7秒、15秒、30秒、60秒、120秒后,分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋,再进行密度梯度离心,以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近),并检测相应位置DNA单链片段的放射性,结果如图2。请分析回答:(1)若1个双链DNA片段中有1000个碱基对,其中胸腺嘧啶350个,该DNA连续复制4次,在第四次复制时需要消耗________个胞嘧啶脱氧核苷酸。(2)将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,最终在噬菌体DNA中检测到放射性,其原因是______________。(3)DNA解旋在细胞中需要解旋酶的催化,在体外通过加热也能实现。解旋酶不能为反应提供能量,但能____________________。研究表明,在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要的解链温度越高,原因是____________________。(4)图2中,与60秒结果相比,120秒结果中短链片段减少的原因是____________________。该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是________________________________。解析：(1)DNA片段中有1000个碱基对,依据碱基互补配对原则可推知,在该DNA片段中,A=T=350个,C=G=650个。该DNA连续复制4次,在第四次复制时需要消耗的胞嘧啶脱氧核苷酸数为24-1×650=5200(个)。(2)将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,因3H标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收,为噬菌体DNA复制提供原料,所以最终在噬菌体DNA中能检测到放射性。(3)解旋酶能降低反应所需要的活化能。在每个DNA分子中,碱基对A与T之间有2个氢键,C与G之间有3个氢键,故G+C的比例越高,含有的氢键数越多,DNA分子结构越稳定,因此在DNA分子加热解链时,DNA分子中G+C的比例越高,需要的解链温度也越高。(4)分子越小,离试管口距离越近。图2显示,与60秒结果相比,120秒结果中放射性的单链距离试管口大都较远,说明短链片段减少,其原因是短链片段连接形成长片段。在图示的实验时间内,细胞中均能检测到较多的短链片段,这为冈崎假说提供了实验证据。答案:(1)5200(2)标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收,为噬菌体DNA复制提供原料,所以在噬菌体DNA中检测到放射性(3)降低反应所需要的活化能在DNA分子中,A与T之间有2个氢键,C与G之间有3个氢键,G+C的比例越高,氢键数越多,DNA结构越稳定(4)短链片段连接形成长片段在实验时间内,细胞中均能检测到较多的短链片段这道试题涉及到冈崎半不连续复制假说。2019版高中生物学必修二只标注了DNA两条单链复制的方向，没有提到不连续复制。那么，什么是半不连续复制？半不连续复制是指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后随链上是由间断合成的短片段连接而成的，不连续的，故称为半不连续复制。DNA复制的最主要特点是半保留复制，另外，它还是半不连续复制(Semidiscontinuousreplication)。半不连续模型是DNA复制的基本过程。DNA两条链反向平行，一条链走向为5‘→3‘，另一条链也为5‘→3‘，但与复制叉移动方向相反，但所有DNA聚合酶合成方向都是在引物3‘-OH上合成，使链从5‘→3‘延长，那么5‘→3‘链是如何同时作为模板复制呢？1968年冈崎提出DNA不连续复制模型，认为新合成的3‘→5‘走向的DNA链实际上是有许多5‘→3‘方向合成的DNA片断连接起来的。(如图1)。为验证这一假说，冈崎进行了如下实验：让T4噬菌体在20

℃时侵染大肠杆菌70min后，将同位素3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，在2s、7s、15s、30s、60s、120s后，分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA分子变性、全部解螺旋，再进行密度梯度离心，以DNA单链片段分布位置确定片段大小(分子越小离试管口距离越近)，并检测相应位置DNA单链片段的放射性，结果如图2。(1)将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中，最终在噬菌体DNA中检测到放射性，其原因是什么？提示：标记的脱氧核苷酸被大肠杆菌吸收，为噬菌体DNA复制提供原料，所以在噬菌体DNA中检测到放射性。(2)图2中，与60s结果相比，120s结果中短链片段减少的原因是什么？该实验结果为冈崎假说提供的有力证据是什么？提示：短链片段连接形成长片段，所以短链片段减少；在实验时间内，细胞中均能检测到较多的短链片段。DNA合成启动时的引物DNA解旋酶和复制叉复制叉处的合成情形

复制叉处的DNA到底怎么复制的呢？前面已经说过，复制总是从5'→3'进行，是生长链的3'-OH上添加新核苷酸的过程。因此两条链的互补链合成过程是不同的，一条新链叫前导链，DNA一直连续合成，而另一条新链叫后随链，DNA合成是不连续发生的，因为在复制叉上没有3'-OH。因此，后随链合成过程中，引发酶必须合成多个RNA引物，在DNA聚合酶的作用下合成多个短的DNA片段，这些片段随后组合成一个连续的DNA链。在复制叉处形成的不连续合成的DNA片段有个鼎鼎的大名，叫做冈崎片段后随链的合成和闭环例、日本科学家冈崎提出DNA半不连续复制假说:DNA复制时,一条子链是连续形成,另一条子链不连续即先形成短链片段(如图1所示)后再连接成长链片段。为验证假说,冈崎进行了如下实验:让T4噬菌体在20℃时侵染大肠杆菌70min后,将3H标记的脱氧核苷酸添加到大肠杆菌的培养基中,在15s、30s、60s、120s时,分离T4噬菌体DNA并通过加热使DNA全部解旋,再进行密度梯度离心,以DNA单链片段分布位置确定片段大小,发现DNA单链片段越小离试管口距离越近。检测相应位置DNA单链片段的放射性,结果如图2所示。下列说法正确的是()A.

子代噬菌体DNA中检测到放射