脱氧核糖核酸的半保留复制

脱氧核糖核酸(DNA) 的复制是遗传物质代代相传的手段。1953年Walson及Crick提出了DNA是双股螺旋结构的假说，认为两股DNA的碱基是互补的，即一条链上的腺嘌呤(A)与另一条链上的胸腺嘧啶(T)配对，以氢键相连接，而一条链上的鸟嘌呤(G)则和另一链上的胞嘧啶(C)配对，也是以氢键相连接。从遗传学的观点看，这一假说的最有意义之处是可以解释DNA的复制。在细胞分裂时，构成双股螺旋的两条链即互相分开，每一条链又合成一条同它互补的新核苷酸链。这样，在两个子细胞中，都各有一条同母细胞一样的双股螺旋链。这种复制机制称为半保留复制。这一复制方式已由M.S.Meselson及F. W. Stahl于1957年加以证实。他们以重氮(1⁵N)标记的氯化铵作为氮源培养大肠杆菌，使这些细胞的含氮物质，包含DNA，都含有重氮。这种含有重氮的DNA的密度较正常含有14N的DNA的为重，可以在氯化铯密度梯度的平衡离心法中互相分开，在离心图像中显示出两条区带。他们将在重氮培养了几代的大肠杆菌，放到只含轻氮(¹⁴N)的培养基中继续培养，取其第一代的DNA进行平衡离心分析，发现其离心图谱只呈现一条区带，其位置在只含15N的DNA和只含14N的DNA的位置之间，证明这种DNA是由一条轻链同一条重链组成的。同样，取其第二代的DNA进行同样分析，发现其离心图谱呈现两条区带，其中一条的位置同第一代的一样，另一区带则在只含1⁴N DNA的位置，这说明在第二代，既含有一条轻链(含¹⁴N)和一条重链(含1⁵N)的DNA，也含有两条轻链的DNA。同样，取其第三代的DNA进行同样分析，发现两条位置同第二代相同的区带，不同之处只是含有两条轻链的DNA含量较多（图）。这一试验结果证实了DNA复制的半保留复制假说。

DNA的半保留复制示意图
(A) 为非半保留复制；(B) 为半保留复制。实线示15N标记的DNA；虚线示¹⁴N标记的DNA。

在复制过程中的另一重要问题是新链的合成方向问题，即合成是单向或双向的。目前的一些实验证据支持新链的合成是双向进行的。双股螺旋在一点断开之后，就以很高的速度旋转分解为两条单股螺旋，并在一定段落停止。分开的两股各自顺着相反的方向，合成各自的、互补的新链。放射自显影和电子显微镜的观察都证实这一假说。