Dna的结构以及dna的复制

根据我们之前的探究，我们发现 Dna是生物主要的遗传物质。那么dna何以称为生物主要的遗传物质呢，这就和dna的结构有关，那么dna具有怎样的结构呢？

根据dna具有储存大量遗传信息的潜能，结构比较稳定，能够准确的进行自我复制以及能够指导蛋白质的合成从控制生物的性状和生命活动这四项功能我们推理出我们可以猜测 Dna的基本单位较为多样，并且它的结构可能为双螺旋这样较为复杂且稳定的结构。而它的复制方式以及过程可能也会比较复杂，比如我们之前了解到的半保留复制。以及通过一些方式，将自己身上所携带的遗传信息转变为可以承担生命功能的蛋白质。

我们先来探究一下dna的结构，那么我们应该如何探究这样的结构呢？类似于dna这样更为微观的东西，我们通常会用到扫描电镜和投射电镜。以此来观察dna，并且根据观察到的结果建立dna的模型。

最终我们观察到的结果如图，

我们将dna的基本单位命名为核苷酸。 在核苷酸中包含三个成分，分别是磷酸基团和一个脱氧核糖和一个含氮碱基，含氮碱基分为4种，分别是腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶。这也就意味着有4种不同的核苷酸，分别是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，鸟嘌呤核糖核苷酸，胞嘧啶图案，核糖核苷酸以及胸腺病的图案核糖核苷酸。

为了研究过程中言说的方便，我们脱氧核糖。上的氧原子为起点，按顺时针的方向将脱氧核糖上的碳原子依次命名为1号碳，2号滩3号碳4号弹以及5号探，

那么这一个个的脱氧核糖核苷酸是如何形成我们观察到的dna的长链呢？

我们发现单个的脱氧核糖核苷酸在形成长链时，5号碳上的羟基会和磷酸基团进行脱水缩合，生成一份水并形成磷酸二酯键。这样依次连下去，就形成了多核苷酸链。的多核苷酸链上会有一个游离的磷酸基团以及一个游离的羟基。游离的磷酸基团的位置，我们将其称作无片段，而游离的羟基的位置我们将其称为三片段。

我们观察到 dna的结构是双螺旋结构，也就是说天有两条链，那么单恋是如何变为双链的呢？前面我们提到核苷酸上有一个很特殊的物质，就是碱基，而这4种碱基中，在形成双链时会两两配对。通常为A和T配，c和G配。这样独特的配对方式，也就导致了DNA的两条链反向平行。据此，我们规定一条链是从5'到3'，而另一条链就是从3'到5'。

根据对dna结构的分析，我们发现DNA的结构具有稳定性，同时DNA可以通过大量的核苷酸以及不同的排列顺序达成储存大量的遗传信息。

那么dna是如何进行自我复制的呢？也就是说dna的复制方式是怎样的？

我们的第1种猜想是半保留复制。也就是说在子代当中的两条dna中，分别都含有一条亲代的dna单列以及新合成的dna单链。

而我们的第2种猜想则是全保留复制。即子代当中的两条dna链中一条就是完整的亲代的dna，而另一条dna也完全是新合成的。

我们的第3种猜想是分散复制。也就是说对于子代的一个dna而言，它上面有的部分是示代的，而有的部分则是新合成的。

那么我们应该如何通过实验来验证我们的猜想呢？其实我们要验证的关键就是后代中DNA的构成。可以直观反映后代dna构成的是否是新生成的还是之前就有的一个很直接的办法就是利用同位素，所以我们的实验就是通过同位素追踪法并且在此基础上再加上密度梯度离心法来帮我们更直接的观察现象。

氮14和氮15是氮元素的两种稳定的同位素，这两种同位素的相对原子质量不同。所以我们就可以利用离心技术，在试管中分离开含有相对质量不同的氮元素的dna。

我们实验的过程就是先用含有氮15的培养液，培养大肠杆菌，随后让大肠杆菌繁殖若干代，此时的大肠感觉的dna中几乎都是被氮15标记了的，然后我们再将大肠杆菌转移到含有氮14的培养液中，在不同时刻收集大肠杆菌并提取dna，再将提取后的dna进行离心，随后观察离心后试管中dna的位置。

接下来我们根据我们的三种猜想分别进行推理演绎。如果是半保留复制的话，那么在亲代dna中在试管中所呈现的就是Dna全部位于试管的下部，而在子一代中Dna全部位于试管中部，在子二代中有1/2的DNA位于试管的上部同时有1/2的dna位于试管的中部。如果按全保留复制的话，那么同样在亲代中，Dna全部在试管的下部，而在此一代中，就会出现dna1/2在上部而1/2在下部，到了子二代中就会出现有3/4的DNA都位于上部，而有1/4的dna位于下部的情况。最终通过实验我们发现实验现象符合半保留复制，由此我们就可以得出Dna的复制方式是半保留复制。

那么DNA是如何进行半保留复制的呢？也就是说dna的复制过程是怎样的呢？

DNA要想进行半保留复制，首先需要先进行解螺旋，随后再以解旋后的单链作为模板，再复制他的另一半。并且在复制另一半时，两条dna单链还需要进行聚合。从效率的角度上来讲，Dna从双链变为单链的解旋过程和从两条单链变为两条双链的聚合过程，应该是同时发生的。

但是DNA的复制，并没有我们所预想的这样简单。刚才我们提过，dna的复制不仅仅只是解决和复制的过程，他需要将复制后的子链和母链进行聚合。但是负责聚合的dna聚合酶有一个很奇怪的特点。就是Dna聚合酶只能从3'的地方开始工作。因为Dna聚合酶需要利用dna3'上的一个羟基才可以开始他的工作。这就导致了它所产生的子链沿着模板复制时，只能从5'向3'的方向进行延伸。对于母链中的一条链而言，这种方法是完全可行的，可是前面我们也提到过，dna的两条链是有反向平行的特点的，也就是说一条链是从3'到5'的，而另一条链则是从5'到3'，对于后者而言，Dna聚合酶就没有一个3'来作为他工作的开端。那么，这时就需要一段引物，为DNA聚合酶提供一个3'，也就是要不断的一段一段的加入引物之后在通过连接酶将其连接。

并不是只有从5'到3'的那条链需要引物，另一条链也需要引物。这个引物并不是为聚合酶提供3'的，而是为Dna聚合酶引路 使他可以准确的行使他的工作。

我们将DNA这样的复制过程称为dna的半不连续复制。

由此我们可以将我们我怎么发现dna的复制特点有两个点，第1点是半保留复制，而第2点就是它的边解旋边复制的半不连续复制。而正是这样的复制方式以及其特点，使得dna可以进行精确的自我复制，在很大程度上保证了遗传物质的稳定性。

DNA作为生命当中非常重要的物质，他在漫长的演化当中也发生了很多变化，比如说在原核生物中，Dna是从一个起点开始复制的。在真核生物中则是有很多个起点，一起开始进行双向复制，这就使得dna的复制效率大大提高。也满足了真核生物相较于原核生物来讲更大的复杂性。