备课素材：为什么DNA的复制方向是5'端→3'端-2023-2024学年高一下学期生物人教版必修2

为什么DNA的复制方向是5'端→3'端 ATP中的核糖若变为脱氧核糖，就是dATP，即脱氧腺苷三磷酸，小写的d即代表脱氧的意思。ATP和dATP的分子结构示意如下，均含有两个特殊的化学键(图1)。四种脱氧腺苷三磷酸(deoxy-ribonucleosidetriphosphated，dNTP)，包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP(图2)，这四种物质统称为dNTP，N指代A/G/T/C。 DNA复制条件与过程：         DNA为双螺旋结构，两条链反向平行排列。复制时，解旋酶消耗能量，沿着DNA5'端→3'端方向，使氢键断裂，解开DNA双螺旋结构，暴露两条单链，并形成叉状结构，即复制叉(replicationfork)。两条单链分别作为母链，DNA聚合酶等以母链模板，按照碱基互补配对原则，利用4种脱氧核苷酸为原料合成互补子链。每条DNA链上相邻的脱氧核苷酸通过磷酸二酯键相连，该键的合成需消耗能量。母链不断解旋，新链也不断延伸并与其对应的母链重新形成双螺旋结构。DNA分子的复制特点是边解旋边复制和半保留复制。 DNA聚合酶的功能分析为什么DNA的复制方向是从5'端→3'端?         合成DNA的原料是脱氧核苷三磷酸(dNTP)。DNA聚合酶催化子链延伸时，会切断dNTP末端的两个磷酸基团，形成dNMP和焦磷酸(pyrophosphoricacid，PPi)，以dNMP为单位用于子链的延伸，而PPi则会在焦磷酸酶的催化下被迅速水解，为DNA聚合酶提供能量。DNA聚合酶有多种，不同种类的DNA聚合酶功能不同。如大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ还具有“校对活性”，它具有3'端→5'端外切酶活性，切除错误的核苷酸，并以DNA端聚合酶活性连接正确的核苷酸(图3步骤(3)～(5))。因此，大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ的聚合活性与校对机制确保了DNA复制的高度准确性。 从能量利用角度辩证分析为什么DNA的复制方向是从5'端→3'端?         当DNA的复制方向从5'端→3'端时，dNTP5'端外侧两个磷酸基团在DNA聚合酶的催化下被切除，形成PPi并释放出能量，使dNMP顺利与DNA链的3'端连接。当DNA聚合酶Ⅰ在校对时发现并切除错配的脱氧核苷酸，也不会影响后续新dNTP的引入、能量释放及聚合连接。但若DNA复制方向反过来，要形成磷酸二酯键就需先活化DNA链5'端的磷酸基团，让5'端重新带上能量，才能与游离的dNTP的3'端羟基形成磷酸二酯键。然而，这需要额外的能量供应，从生物进化与适应角度是不利的，因此，目前发现的所有种类的DNA聚合酶都是从5'→3'端合成DNA的。 学科网（北京）股份有限公司 $$