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核酸方向图形题的解答

与旧版教材相比，2019版生物学新教材必修2《遗传与进化》P2第3章“遗传的分子基础”中对于DNA复制、基因表达的方向(即5与3’)进行了标注。同时新高考对遗传分子基础中方向

问题的考查也提高了要求。

1.DNA复制

DNA复制是以DNA反向平行双链为模板进行的。

1.1体内DNA复制

根据沃森(JDWatson1928-)和克里克(FHCCriek,1916-2004)构建的DNA分子双螺旋空间结构,DNA分子的双链是反向的。DNA进行复制,子代DNA的双链也是反向的,子链延伸的方向是5→3’,因此是沿着模板链3→5的方向进行复制。

由图1-a可知DNA是多起点双向复制的,且不同起点起始时间不同。放大图1-a局部即为图1-b,图1-b是其中一个起点双向复制示意图，上方的母链从左往右的方向是3一5’,与其对应的子链从左往右的方向是5’一3’,因此子链延伸方向是从左往右;由图1-b中可以观察到,一条子链中存在领头链(前导链)和随后链(滞后链),但其复制方向均为从左往右方向。为什么会出现前导链和滞后链?放大图1-b局部得到图1-c.图1-c是单个复制又的示意图,由图可知,若子链延伸方向与复制又前进方向相同,则子链连续延伸,延伸速度快,即为前导链;若子链延伸方向与复制又前进方向相反,则子链以片段延伸,延伸速度较慢,即为滞后链,这些片段称为冈崎片段。冈崎片段可由DNA连接酶催化连接成连续的DNA单链,完成DNA复制。

DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶催化、DNA聚合酶需要有一段引物才能延伸核苷酸长链,图中引物酶催化形成一小段RNA引物,DNA聚合酶在该引物的3端延伸出脱氧核苷酸链图中DNA聚合酶Ⅲ在引物3端延伸DNA单链DNA聚合酶I用于切除5端的RNA引物并填补切除RNA引物后留下的空隙。

例1:图2为真核细胞DNA复制的电子显微镜照片,其中泡状结构为复制泡,是DNA上正在复制的部分。滚环复制是环状DNA分子复制方式,首先1链被断开形成3’、5端口,接着5剪切端与2链发生分离,随后DNA分子以2链为模板，通过滚动从1链的3端开始延伸子链,同时还会以分离出来的5端单链为模板合成另一条子链，其过程如图3。

下列说法错误的是

A.每个复制泡中含有2条DNA母链和2条子链

B.每个复制泡中一条子链是完全连续的,另一条子链是不连续的

C.滚环复制起始时需要特异的酶在起始点切开一条链的磷酸二酯键

D.滚环复制在3-0H端开始,以该链为引物向前延伸

解析:每个复制泡是以一个复制原点开始双向复制,包括2个复制叉,因此具有2条母链和2条子链,每个复制又内部一条子链是连续的,另一条链是不连续的,一个复制泡包括2个复制叉，若一条子链在其中一个复制又是连续的,则在一个复制叉中由于与解旋酶反向,该链的延伸是不连续的,所以子链都是不连续的。滚环复制需要先切开一个切口,然后在1链的3-0H端以该链为引物、以2链为模板进行复制。

答案:B。

DNA复制过程中DNA聚合酶需要在引物作用下才能延伸子链,这就会导致DNA复制结束时其5端的RNA引物被切除后不能被补上,端粒(真核生物染色体两端的结构)由此变短。大多数体细胞随着分裂数的增加,其端粒结构会逐渐变短,从而控制细胞分裂

次数。而如干细胞、恶性肿瘤细胞等具有强分裂能力的细胞,随着分裂次数的增加,其端粒部分却不会缩短,这是如何实现的?

端粒中包含端粒酶,具有逆转录酶功能,并自带RNA模板。端粒酶在活性状态下,可以延长端粒,避免随着分裂次数增加端粒逐渐变短的情况。

端粒酶的RNA模板与DNA链的3端序列进行部分碱基互补配对后,在逆转录酶催化下,DNA链的3端首先进行延伸,延伸一定的长度之后,端粒酶向前移动,继续延伸,几次循环反复之后DNA链3端的序列增加了多个重复序列。则5端的序列如何延伸?核酸子链延伸方向是5→3’。

因此仍需要在5端形成一个新的RNA引物,然后以DNA的另一条链为模板填补5端的空缺。新的RNA引物在被降解之后,也会留下一个空缺,但是端粒已经被延长了。

例2:端粒是染色体两端一段特殊序列的DNA-蛋白质复合体,端粒DNA序列随细胞分裂次数增加而缩短,当短到一定程度时,端粒内侧的正常基因会受到损伤,导致细胞衰老。端粒以其携带的RNA为模板(含短重复序列5UAACCC-3)使端粒DNA序列延伸,作用机制如图4所示。

下列叙述正确的是

A.图示端粒酶向右移动完成C链的延伸

B.端粒酶中RNA上相邻的3个碱基组成一个密码子

C.端粒酶延伸端粒DNA的短重复序列为5CGCTTA-3

D.端粒酶的检测及激活可用于肿瘤的诊断和治疗

解析:通过图示,由端粒酶中RNA的方向判断与其配对的链为G链,完成G链的延伸。该RNA为逆转录的模板,不是mRNA,因此相邻