疑难问题:DNA复制是多个起点同时还是不同时?原核生物和真核生物的DNA复制方式是不是相同?
典型试题:(2009年江苏高考试题)下图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图,有关叙述错误的是(A)
A.图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B.图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C.真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D.真核生物的这种复制方式提高了复制速率
DNA的复制是传递遗传信息所必需的,也就是说这是DNA的一个功能。高中生物教材只讲到复制过程、基本条件、特点和方式,没有讲到原核生物和真核生物DNA的复制方式区别,也没讲到染色体的DNA和质DNA的复制方式区别。下面根据有关资料,对教材相关的知识进行拓展。
一、复制子和复制起始点
复制是从DNA分子上的特定部位开始的,这一部位叫做复制起始点,常用ori或o表示。原核生物每个DNA分子只有一个复制起始点,真核生物DNA分子有多个复制起始点。每个复制起点到终点间的DNA复制区域称复制子,每个复制子在一个细胞分裂周期中必须启动而且只能启动一次,真核生物染色体为多复制子。复制时,双链DNA由起始点处打开,沿两条张开的单链模板合成DNA新链,两侧形成的Y型结构称为复制叉。
二、复制方向
在DNA复制时,在复制起始点打开双链,以两股单链为模板,合成子代新链。
根据对病毒、原核生物甚至真核生物DNA复制机制的研究,在生物界存在如下两种复制方向:①从起始点向一个方向进行,通常称为单向复制;②从起始点向两个方向进行,称为双向复制。
通常情况下,复制是对称的,即两条单链同时进行复制;但也存在不对称复制,即一条链复制后再进行另一条链的复制。
大多数生物染色体DNA及病毒环形DNA等的复制是双向的,并且是对称的。复制从复制子起始点开始,朝相对两个方向进行,复制叉也朝相对方向逐渐位移,直至整个复制子完成复制。
三、复制的几种方式
1.线形DNA的复制方式
在复制时,复制子起始点开始解链,两条单链各自为模板合成互补链,复制叉单向或双向位移,此时在电镜下可以看到如眼的结构,通常称为复制眼。
2.环状DNA的复制方式
(1)θ型结构复制
环状DNA,如大肠杆菌、多瘤病毒DNA,因为只有一个复制起始点,其复制眼形成希腊字母θ型结构,随着复制的进行,复制眼逐渐扩大,直至整个环状分子。
(2)D环型复制
线粒体DNA的复制就采用这种模式。环状DNA两条单链的复制起始点不在同一位点。复制开始时,先在负链的起始位点解链,然后以负链为模板,合成一条与其互补的新链,取代另一条仍保持单链状态的亲代正链,此时在电镜下可以看到呈D环形状。当负链复制达到一定程度,随着正链置换区域扩大,暴露出正链的复制起始点,于是以正链为模板开始合成与其互补的新链,最后生成两个子代DNA双链分子。由于两条亲代链的复制起始点不同,合成起始并不同步进行,所以D环型复制是一种不对称复制形式。
(3)滚动环型复制
指一些简单低等生物或染色体外DNA,环状双链DNA的正链由一核酸内切酶在特定的位置切开,游离出一个3'-OH和一个5'-磷酸基末端。5'-磷酸末端在酶的作用下,固着到细胞膜上。随后,在DNA聚合酶催化下,以环状负链为模板,从正链的3'-OH末端加入与负链互补的脱氧核苷酸,使链不断延长,通过滚动而合成新的正链。与此同时,以伸展的正链为模板,合成互补的新的负链。最后合成两个环状子代双链分子。
滚动环型复制的具体过程