腸桿菌每8分鐘翻一倍數量,但它的DNA完全複製一次需要24分鐘,如何解釋?
求普及這道題答案,忽然興趣使然。
被撕,來更新,以示正聽。
@李雷的答案已經刪了重新寫了。所以之前沒看過那篇答案的,可以考慮跳過的我寫的批判內容。但是看過的還是要注意一下,改完的答案還是不完全對的。原答案中的腦洞二是錯的,和以下我給出的答案是有本質區別的。
(我不知道為什麼李雷現在還要死抱著不放認為兩者是一樣的,而且已經「已經被證實為存在」也許半天過去了還沒想明白?自己錯了,不承認就算了還說別人撕逼,真是心累。V都這樣,怎麼做得了科普。)注意:以下是腦洞二的正解!不是題目的正確答案!題目正確答案在分割線後!
首先「腦洞二」(在天然複製機制中)存在嗎?無報道!據我查的資料不存在。如果有報道請at我以及時改正,謝謝。「腦洞二」描述的是(1)使用未完成複製的暫不形成雙螺旋的單鏈DNA做為模板進行下一輪複製,(2)且DNA數目的增長速度隨著複製起始的間隔時間指數增長。後者,還是那句話,動筆算,就知道沒這回事……目前符合(1)描述的,是rolling circle amplification(RCA)技術。這個是基於病毒phi29的複製酶的一種技術,我沒聽說天然存在這一機制的報道。ref: Dean, Frank B., et al. Genome research 11.6 (2001)原核生物和真核生物的染色體複製,不存在雙螺旋暫時不形成的情況,所以腦洞二都是不適用的。再補充被刪掉的題目原文:「大腸桿菌每八分鐘就能翻一倍的數量,但後來發現它的DNA 完全複製一次需要24分鐘。你怎麼解決這個問題?」幾分鐘後,他在紙上畫了一個圖,解釋他的答案。受到了老師極高的稱讚,這讓當時的韓春雨覺得自己可能真有這方面的天賦。考大學的時候,他便選擇了生物系,後來他以超出本科線2分的成績,帶著點驚險,考上了河北師範大學。
——《韓春雨:科學其實是一件非常酷的事情》
可能會引起爭議的、表述不清的,我在原答案中進行了加或改,之前如果看過看懂了就可以直接跳過。
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看到@李雷的答案不請自來。
雖然這個答案目前拿了些贊,但是完全錯啊(加:對題目的解釋、原答案結論、論證和分論點及開的腦洞都不對,所以我認為是完全錯,你可以不同意,用不著撕)。不但結論錯,而且把題干還講錯了,報道上的偏差,可是要負責的。記者把數抄錯了也是有責任的。(加:抄錯了只是個吐槽。也可能是韓老師講錯了。但無論如何,記者不核實導致錯誤知識傳播就是有責任的)
先重寫正確的題目(嚴肅臉):
(大)腸桿菌DNA完全複製並分離需要60-90分鐘,為什麼在豐富營養的環境下,20分鐘就可以分裂了?(加:「豐富營養環境」作為抽象集合已經由題目定義了。如果實在不能接受抽象概念,LB培養基,250rpm,過量空氣下培養,就是實驗條件下符合平均分裂時間20分鐘的一個例子。)(另:題目數據只有觀測平均值,因此所有討論只能基於平均值。)這個問題設坑的方法就是拿一個無關信息來干擾視線。
只要想明白一個問題:DNA數目的倍增速度是兩次DNA複製起始時間間隔的倒數,和單次複製所用時間無關!無關!無關!無關!無關!(重複五遍)不明白的請先動筆算一算。正確答案應該是:豐富營養環境中,DNA在未完成完全複製的情況下就開始了新一輪的複製,在大腸桿菌里,一個剛完成分裂的細胞包含4個複製起點和6個分裂叉。
上圖:可以很容易在顯微鏡下驗證(綠色標記DNA):通過調節兩次DNA複製起始之間的時間間隔,可以使DNA分裂速度適應細胞分裂的連續變化。詳情參考ref: Fossum et al., EMBO journal (2007); 26: 4514–22@李雷的答案里把DNA複製時間的概念偷換為單個複製叉的複製速度,於是這道題似乎變得圖森破了。第二,大腸桿菌基因組的複製速度沒那麼快
一般認為大腸桿菌的基因組複製速度是40分鐘從兩個位置同時開始複製,於是複製時間就減半了
然而Naive...
首先要明確一點,DNA完全複製並分離的時間,是個實驗數據,得按照字面理解不能瞎解釋。這個時間已經包含了複製機制(單向複製還是雙向複製,單一起點複製還是多起點複製?)。在大腸桿菌,60-90分鐘這個實驗數據就是DNA通過theta複製一次所用的時間。同理,如果測量人某個染色體的複製並分離時間的話,也是在多起點複製所用的時間。試圖用雙向複製和多起點複製來解釋是完全跑偏的。而且用雙向複製或者多起點複製來解釋,稍微深想就會發現不對,如果分裂時間是這麼調控的,那麼細胞的分裂時間只能是離散的,掛擋1倍速,2倍速,3倍速……那就太逗了,顯然細胞不是這麼玩。
P.S.已有的答案中 @夜影差不多是對的。但是複製子的概念搞錯了。腸桿菌和大腸桿菌的區別:大腸桿菌算是一種腸桿菌,是腸桿菌科,但不是腸桿菌屬。根據參考文獻,解釋為:是在一次複製未完成的情況下開始了另外一次複製。
詳請參考郭昊天的答案
原來腦洞二已經被證實為存在,就不能認為是腦洞了。最後,堅決不撕逼單複製起點但是多複製子複製,快速生長的大腸桿菌可以在上一次分裂還沒結束時就以開始籌備下次DNA複製
考研狗正在複習分子生物學,突然複習到這個知識點,想到知乎上之前看過,所以來湊個熱鬧重點在最後一段,對應第二張彩圖
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