1、假設演繹

       （1）證明的核心問題：區(qū)分母鏈和子鏈——同位素標記

          我們再回頭分析DNA分子半保留復制的假說。

         根據(jù)半保留復制的假說，我們可以推知子代DNA分子的兩條鏈是不同的，也就是說圖示中黑色鏈和黃色鏈應該是有區(qū)別的。顯然證明半保留復制的核心就是要區(qū)別這兩條鏈，那么怎么樣來區(qū)別呢？科學家們想到了一種方法——同位素示蹤（也可以叫同位素標記），怎么來標記呢？

         我們可以用15N來標記原先DNA分子中的堿基，也就是說親代DNA分子的兩條鏈現(xiàn)在都含有15N。接下來放在14N的環(huán)境中，讓親代的DNA分子復制一次，根據(jù)半保留復制，子一代的DNA分子中：一條鏈含有15N，一條鏈含有14N——這樣兩條鏈就被區(qū)別開了。

         雖然理論上我們這樣做似乎就達到區(qū)分兩條鏈的目的，但是還要求一定的技術手段來檢測出這種區(qū)別。這樣的工作并不容易進行。為了使檢驗工作更易可行，我們可以對假說繼續(xù)演繹。

         （2）同位素標記后的繼續(xù)演繹

 說明：

1、將DNA分子置于15N的環(huán)境中培養(yǎng)一段時間后，得到兩條鏈均為的15N標記的DNA分子（可以簡單記作15N / 15N，這個被標記的DNA分子被用作親代的鏈。

2、接下來將親代的DNA分子置于14N的培養(yǎng)條件下，進行培養(yǎng)。

3、親代的DNA分子復制一次后，將會產(chǎn)生兩個DNA分子（記作第1代）。如果是半保留復制，那么第1代所產(chǎn)生的兩個DNA分子中均為：一條鏈為15N，一條鏈為14N，即可視作是一個雜合的DNA分子（可以簡單記作15N / 14N）。

 4、如果再復制一次，即共復制兩次，將會產(chǎn)生4個DNA分子（記作第2代）。如果是半保留復制，那么第2代所產(chǎn)生的4個DNA分子中：有兩個DNA分子是雜合的（15N / 14N），還有兩個DNA分子只含有14N（記作14N / 14N）。

         5、考慮第n代的情形。

         A、總的DNA分子數(shù)：這一點的規(guī)律性很強，大家可以很輕松得出，在第n代共會產(chǎn)生2 ^ n個DNA分子。

         B、從第1代至第n代這一變化過程中的不變量：顯然，作為雜合的15N / 14NDNA分子在每一代中都有兩個，這個量是不變的。

         C、根據(jù)半保留復制，可知第n代中沒有15N / 15N。

         D、根據(jù)A、B、C可知，在第n代中14N / 14N的數(shù)量為2 ^ n — 2。

      （3）對演繹結果檢驗的設計

         那么我們上述演繹的結果能不能通過實驗手段得到驗證呢？答案是肯定的。因為我們知道，15N / 15N的DNA分子密度最大（最重），14N / 14N的DNA分子密度最小（最?。?5N / 14N雜合的DNA分子密度居中（中等）。聯(lián)系前面我們講噬菌體侵染細菌的實驗，大家可以知道三種DNA分子的差異可以通過離心的方法檢出。

         根據(jù)演繹的結果，我們可以做出如下的預期：

說明：假定親代只有1個DNA分子

1、第0代DNA為一個15N / 15N。

2、第1代DNA中兩個均為15N / 14N。

3、第2代DNA中：兩個為15N / 14N；另外兩個為14N / 14N。

4、第n代DNA中：兩個為15N / 14N，其余均為15N / 14N。

         2、對演繹結果的實驗證明

         1958年Meselson-Stahl利用大腸桿菌作為實驗材料，進行了如下的實驗： 

 

 說明：實驗所用的材料是大腸桿菌

1.1、將大腸桿菌培養(yǎng)在15NH4Cl的培養(yǎng)液中生長若干代，經(jīng)過此處理得到的大腸桿菌，其DNA中的兩條鏈均被15N標記。

1.2、將兩條鏈均被N15標記的大腸桿菌取出少量，提取其DNA，進行密度梯度離心，得到的條帶表明：被標記的DNA密度較高（較重）。

 

 

 2、將被標記的大腸桿菌轉移至14NH4Cl培養(yǎng)液中。

 

 

 

  

  

3.1、待大腸桿菌分裂一次后，其DNA也應復制一次。

 

3.2、從錐形瓶中取少量的大腸桿菌，提取其DNA，進行密度梯度離心，得到的條帶表明：此時有一種密度的DNA，且其密度較兩條鏈均被標記的DNA為輕。

 

 

4.1、待大腸桿菌再分裂一次，其DNA也應復制了兩次。

 

4.2、從錐形瓶中取少量大腸桿菌，提取其DNA，進行密度梯度離心，得到的條帶 表明：此時有兩種密度的DNA出現(xiàn)，一條帶中的DNA密度和復制一次時的密度相同；另外新產(chǎn)生一條帶，密度最輕。 

 

 

 

 

5、實驗按照上述程序持續(xù)下去，在以后各代DNA中，密度梯度離心的結果均顯示：有兩種密度的DNA分子出現(xiàn)，且其密度和復制兩次時的情形相同。這和假說演繹的預期結果是一致的。由此表明了：DNA分子是半保留復制。

 

三、DNA分子復制的過程

       1、過程

 

 

說明：DNA分子復制的過程

 

 

 

1、解旋：利用細胞提供的能量（ATP的水解），在解旋酶的作用，解開雙螺旋結構，斷開兩條鏈之間的氫鍵。

 

2、合成子鏈

2.1、以解開的每一段母鏈為模板，按照堿基互補配對原則，讓細胞中的游離的脫氧核苷酸與母鏈上暴漏出來的堿基進行互補配對。

2.2、利用DNA聚合酶將與模板鏈配對的脫氧核苷酸鏈接成一條新的脫氧核苷酸鏈，也就是所謂的子鏈。

 

 

 

3、復旋：母鏈和子鏈相互盤旋形成雙螺旋結構。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       2、條件

        根據(jù)DNA分子復制的過程，我們可以推知此過程大體上需要如下一些基本條件

         （1）能量：在解旋的過程中，需要破壞掉兩條鏈之間的氫鍵，這是一個需要能量的過程，該能量由ATP的水解提供。

        （2）酶：在旋的過程中需要解旋酶；在合成子鏈的過程中需要DNA聚合酶（注意：不要簡單說是聚合酶，因為我們以后還需要學習RNA聚合酶，它和我們今天學習的DNA聚合酶是不同的）。

        （3）原料：作為復制，需要合成出新的脫氧核苷酸鏈，既然是脫氧核苷酸鏈，所以其所需原料為4種脫氧核苷酸。

        （4）模板：為了保證合成出來的DNA和親代相同，需要模板。在DNA分子復制時，DNA分子的每一條鏈都充當了模板的作用。我這再強調一下：是DNA中的每一條鏈都充當了模板，我們后面還會學習到另一個過程叫轉錄，轉錄時只有一條鏈是模板。