Question

【題目】科學家以T4噬菌體和大腸桿菌為實驗對象，運用同位素示蹤技術及密度梯度離心法進行了DNA復制方式具體過程的探索實驗。

（1）從結構上看（圖1），DNA兩條鏈的方向______。DNA的半保留復制過程是邊______邊復制。DNA復制時，催化脫氧核苷酸添加到DNA子鏈上的酶是_______。該酶只能使新合成的DNA鏈從5′向3′方向延伸，依據該酶催化DNA子鏈延伸的方向推斷，圖1中的DNA復制模型______（填寫“是”或“不是”）完全正確。

（2）為探索DNA復制的具體過程，科學家做了如下實驗。20℃條件下，用T4噬菌體侵染大腸桿菌，進入T4噬菌體DNA活躍復制期時，在培養基中添加含3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷，培養不同時間后，阻斷DNA復制，將DNA變性處理為單鏈后，離心分離不同長度的T4噬菌體的DNA片段，檢測離心管不同位置的放射性強度，結果如下圖所示（DNA片段越短，與離心管頂部距離越近）。

①根據上述實驗結果推測，DNA復制時子鏈合成的過程及依據____________。

②若抑制DNA連接酶的功能，再重復上述實驗，則可能的實驗結果是_____________。

（3）請根據以上信息，補充下圖，表示可能的DNA復制過程。

Answer 1

【答案】相反 解旋 DNA聚合酶 不是 ①存在先合成較短的 DNA 片段，之后較短的 DNA 片段連接成 DNA 長鏈的過程（+子鏈延伸方向均為 5’至 3’）；依據是時間較短時（30 秒內），與離心管頂部距離較近的位置放射性較強（或短片段 DNA 數量較多）；隨著時間推移，與離心管頂部距離較遠的位置放射性較強（或長片段 DNA 數量較多）

②隨著時間推移，據離心管頂部距離較近的區域放射性一直較強/短片段DNA 的數量一直較多（合理即得分） （畫出任意一個即可）

【解析】

DNA分子復制的特點是邊解旋邊復制和半保留復制；DNA聚合酶可使單個的脫氧核苷酸連接到正在合成的DNA單鏈上。

（1）分析圖1可知，DNA的兩條模板鏈分別是5′→3′和3′→5′，故兩條鏈方向相反；DNA的半保留復制過程是邊解旋邊復制；DNA復制時，DNA聚合酶可催化脫氧核苷酸添加到DNA子鏈上；因該酶只能使新合成的DNA鏈從5′向3′方向延伸，據圖分析可知，子鏈有一條延伸方向是從3′→5′，故圖1中的DNA復制模型不是完全正確。

（2）①據題干信息可知“DNA片段越短，與離心管頂部距離越近”，結合題圖可知：時間較短時（30 秒內），與離心管頂部距離較近的位置放射性較強（或短片段 DNA 數量較多），隨著時間推移，與離心管頂部距離較遠的位置放射性較強（或長片段 DNA 數量較多），故可推測DNA復制時子鏈合成的過程是存在先合成較短的 DNA 片段，之后較短的 DNA 片段連接成 DNA 長鏈的過程（+子鏈延伸方向均為 5’至 3’）。

②因DNA連接酶能連接不同的DNA片段，故若抑制DNA連接酶的功能，再重復以上實驗，因DNA片段無法連接，故隨著時間推移，據離心管頂部距離較近的區域放射性一直較強/短片段DNA 的數量一直較多。

（3）DNA分子復制的過程是半保留復制，且子鏈延伸方向為從5′向3′，故可繪制DNA復制圖如下：