高中必修生物｜DNA 半保留複製完整解析：複製過程與經典實驗
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當細胞準備分裂時，體內龐大的遺傳密碼必須被完美無缺地拷貝一份，好分給兩個全新的子細胞。如果這場微觀世界的影印工作出了差錯，生命就會面臨混亂。這項確保生物世代交替、遺傳訊息不走樣的關鍵機制，就是細胞分家的前置作業——DNA 的複製。
在高中必修生物的範圍中，我們不需要深入選修生物繁複的酵素細節，而是要掌握 DNA 複製的時機、基本原理，以及大自然最巧妙的「半保留複製」特性。
一、 DNA 複製的基本觀念與時機
發生時機： DNA 複製發生在細胞分裂前的間期（尤其是 S 期，即合成期）。當細胞準備要進行有絲分裂或減數分裂前，必須先將 DNA 數量加倍。
發生位置： 在真核細胞中，DNA 複製主要發生在細胞核內（若是原核細胞則在擬核區）。
核心原理——鹼基互補配對： 當 DNA 複製開始時，雙股螺旋會先解開，每一條舊的股都會當作模板（Template）。細胞會依據鹼基互補配對原則（A 對 T、C 對 G），在舊股上組裝出新的一股。
二、 什麼是「半保留複製」？
科學家經過研究證實，DNA 的複製方式採取的是半保留複製（Semi-conservative replication）：
核心意涵： 當一個雙股 DNA 複製完成後，形成的兩個全新的 DNA 分子中，每一條都「各含有一條原本的舊股」以及「一條剛新合成的股」。
生物學意義： 這種「舊帶新」的機制確保了遺傳訊息在傳遞時出錯率極低，能精準地將父母親的藍圖代代相傳。
三、DNA 半保留複製的實驗證明
(1) 細菌在 N¹⁵ 培養基繁殖多代。
(2) 移置 N¹⁴ 培養基。
(3) 繁殖 F₁ → 全部為 N¹⁵N¹⁴。
N¹⁵ 佔 1/2
(4) 繁殖 F₂ → N¹⁵N¹⁴：N¹⁴N¹⁴ = 1：1
N¹⁵ 佔 1/4
四、 精選例題
【題型一】
下列有關 DNA 分子構造和複製的敘述，何者正確？（應選 2 項）
(A) 雙股平行並呈螺旋狀
(B) 雙股含氮鹼基之排列順序相同
(C) 嘌呤（A＋G）和嘧啶（C＋T）各占 50%
(D) 複製時 A 和 G 配對，C 和 T 配對
(E) 複製時的原料為三磷酸核苷
【解析】
AC
(B) 雙股含氮鹼基之排列順序相反；(D) 複製時 A 和 T 配對，C 和 G 配對；
(E) 複製時的原料為三磷酸去氧核苷苷酸。
【題型二】
關於真核細胞內 DNA 複製的敘述，下列何者正確？
DNA 複製是發生在細胞分裂的分裂期（M期）中期。
DNA 複製採取半保留複製，產生的子代 DNA 分子中，每一條皆包含一條舊股與一條新股。
DNA 複製不需要消耗能量，也不需要任何酵素協助。
複製完成後的 DNA 序列會與原本的親代 DNA 完全不同。
【解析】
選項 (1) 錯誤：DNA 複製是在間期的 S期（合成期） 進行的。
選項 (2) 正確：半保留複製的特點就是子代 DNA 雙股各含一條舊股與一條新股。
選項 (3) 錯誤：DNA 複製需要耗能（ATP）及多種酵素的催化。
選項 (4) 錯誤：複製的目的是精準拷貝，因此子代 DNA 的鹼基序列與親代完全相同。
正確答案：(2)
【題型三】
若某一條 DNA 單股的鹼基序列為 5 - A T C G T A - 3，當它作為模板進行複製時，新合成的互補股鹼基序列應為下列何者？
5 - T A G C A T - 3
5 - A T C G T A - 3
5 - U A G C A U - 3
5 - C G A T C G - 3
【解析】
根據 DNA 的鹼基互補配對原則（A 對 T、C 對 G），以模板股 5 - A T C G T A - 3 為例，其互補配對的鹼基依序為 T、A、G、C、A、T。
在 DNA 複製中合成的新股方向具有反向平行特性，其序列為 5 - T A G C A T - 3。
正確答案：(1)
莫斯利提醒：DNA 複製的考試關鍵
半保留複製：新形成的 DNA 雙股中，一股來自原有模板，另一股為新合成。
鹼基配對：A 與 T 配對，C 與 G 配對。
複製原料：三磷酸去氧核苷苷酸。
同位素實驗：F₁ 全部為 N¹⁵N¹⁴；F₂ 的 N¹⁵N¹⁴ 與 N¹⁴N¹⁴ 比例為 1：1，N¹⁵ 佔 1/4。