DNA 的结构与半保留复制

为什么是这样

DNA 是核苷酸（ヌクレオチド）连成的长链，每个核苷酸由脱氧核糖、磷酸和一个碱基组成，碱基有 A、T、G、C 四种。糖与磷酸交替相连构成骨架，碱基朝向内侧，两条链之间靠碱基的氢键相连：A 只与 T、G 只与 C 配对（相補性），整体扭成双螺旋（二重らせん構造，沃森和克里克于 1953 年提出）。两条链的方向相反，一条为 5′→3′，对面一条为 3′→5′。

互补配对的直接结果是：一条链的序列决定了另一条链。复制时 DNA 解旋酶把双链解开，两条旧链各当模板，DNA 聚合酶按配对规则把核苷酸一个个接上去。得到的两个 DNA 分子各含一条旧链和一条新链，这就是半保留复制。

DNA 聚合酶只能把核苷酸接在链的 3′ 端，并且需要一小段引物（プライマー）起头，所以新链只能沿 5′→3′ 延长。顺着解链方向的那条新链可以连续合成（先导链）；另一条只能一小段一小段地反向合成，这些短片段叫冈崎片段，最后由 DNA 连接酶连成一条（滞后链）。

定量表达

配对规则直接给出夏格夫规则（シャルガフの規則）：双链 DNA 中 A=T、G=C，因此 A+G=T+C，嘌呤（A、G）与嘧啶（T、C）各占一半。已知 A 占 30%，就有 T 为 30%、G 与 C 各为 20%。这个规则只对双链整体成立；单看一条链，A 与 T 的数目不必相等。

梅塞尔森与斯塔尔用大肠杆菌验证了半保留复制。先在只含 ¹⁵N 的培养基中培养多代，使 DNA 全部变「重」；再移到 ¹⁴N 培养基，每分裂一次取 DNA 做密度梯度离心。按半保留复制，一个原始分子复制 n 次得到 2ⁿ 个分子，其中始终只有 2 个各含一条 ¹⁵N 旧链（中间密度），其余全是轻的，所以中与轻的比为 2:(2ⁿ−2)：第 1 代全为中，第 2 代为 1：1，第 3 代为 1：3。