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文檔簡介
生物學(xué)必修二
遺傳與進化第3章基因的本質(zhì)3.2DNA的結(jié)構(gòu)3.3DNA的復(fù)制3.4DNA通常是有遺傳效應(yīng)的片段科學(xué)家進展1951年,科學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識到:DNA是以4種脫氧核苷酸為單位連接而成的長鏈,含有ATGC四種堿基富蘭克林用X射線衍射技術(shù)獲得了高質(zhì)量的DNA衍射圖譜沃森和克里克構(gòu)建DNA雙螺旋和三螺旋結(jié)構(gòu)模型,但都被否定查哥夫發(fā)現(xiàn)DNA中A=T,
G=C沃森和克里克構(gòu)建正確的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,1953年發(fā)表論文—.DNA
雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建二
.DNA的組成1、核苷酸由磷酸、五碳糖、含氮堿基組成0a—54b3
22、核苷酸是核酸的單體核糖核苷酸(4種)核糖核酸(RNA)3、核酸初步水解得到核苷酸,徹底水解得到磷酸、五碳糖、堿基等小分子脫氧核糖核苷酸(4種)
脫氧核糖核酸(DNA)核苷酸(
2類8種
)核酸C1、脫氧核糖上與堿基相連的碳
叫作1'-C,
與磷酸基團相連的碳
叫作5′-C。2、DNA
的一條單鏈具有兩個末
端,一端有一個游離的磷酸基團,
這一端稱作5'-端,另一端有一個
羥基(
—OH),
稱作3′-端。3、DNA
的兩條單鏈走向相反,
從雙鏈的一端起始,—條單鏈?zhǔn)?/p>
從5'-端到3'-端的,另一條單鏈
則是從3'-端到5'-端的。磷酸基團5
CH?4'H
HOH三
.DNA
的結(jié)構(gòu)I'HH2'堿
基5°3'3'0三
.DNA的結(jié)構(gòu)1、DNA
雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(1)DNA是由兩條單鏈組成的,這兩條鏈按反向平行方式盤旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。(2)DNA
中的脫氧核糖和磷酸交替連接,排列在外側(cè),構(gòu)成基本骨架;堿基排列在內(nèi)側(cè)。(3)兩條鏈上的堿基通過氫鍵連接,按照堿基互補配對原則形成堿基對。NHH
NH
y腺嘌呤(adenine,A)
鳥
嘌
呤(zuanine,G)NH2H?CNH26
N
NNHNH
NH
0胞嘧啶(eytosine,C)尿嘧啶(uracil,W)胸腺嘧啶(thymine,T)51IHH23
式23四.堿基互補配對原則的應(yīng)用和計算1、基本關(guān)系:A=T,G=C2、推
論
:由A+T+G+C=1推
得
:A+G=A+C=T+C=T+G=50%解
讀
:非互補配對堿基之和占堿基總數(shù)的50%3、思考并得出結(jié)論①若DNA
的一條鏈中(A+T)/(G+C)=a,則其互補鏈中、DNA
中該比值各為多少?②在DNA
的一條鏈中(A+G)/(T+C)=b,
則其互補鏈中、DNA
中該比值各為多少?四.堿基互補配對原則的應(yīng)用和計算1、某雙鏈DNA
分子中,A
占35%,求其它三種堿基的含量2、如果一個DNA分子的一條鏈中的C=22%,G=16%,那么整個DNA分子中A占多少?3、在DNA
分子雙螺旋結(jié)構(gòu)中,腺嘌呤與胸腺嘧啶之間有2個氫鍵,胞嘧啶與鳥嘌呤之間
有3個氫鍵。現(xiàn)有四種DNA
樣品,根據(jù)樣品中堿基的百分含量判斷最有可能來自嗜熱菌(生活在高溫環(huán)境中)的是(
)A.含胸腺嘧啶32%的樣品
B.含腺嘌呤17%的樣品C.含腺嘌呤30%的樣品D.含胞嘧啶15%的樣品4、20世紀(jì)90年代,科學(xué)家設(shè)計并合成了由47個核苷酸組成的單鏈DNA—E47,
它可以催
化兩個底物DNA片段之間的連接。下列有關(guān)敘述正確的是A.E47中,嘌呤堿基數(shù)一定等于嘧啶堿基數(shù)B.在E47分子中,堿基數(shù)=脫氧核苷酸數(shù)=脫氧核糖數(shù)C.E47作用的底物和DNA聚合酶作用的底物是相同的D.在E47分子中,每個脫氧核糖上均連有一個磷酸和一個含氮的堿基五
.對DNA
復(fù)制的推測沃森和克里克——遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的假說:DNA
復(fù)制時,DNA
雙螺旋解開,互補的堿基之間的氫鍵斷裂,解開的兩條單鏈分別作為復(fù)制的模板,游離的脫氧核苷酸根據(jù)堿基互補配對原則,通過形成氫鍵,結(jié)合到作為模板的單鏈上。由于新合成的每個DNA分子中,都保留了原來DNA分子中的一條鏈,因此,這種復(fù)制方式稱作半保留復(fù)制。不同觀點:全保留復(fù)制等不同假說。全保留復(fù)制是指DNA復(fù)制以DNA
雙鏈為模板,子代DNA
的雙鏈都是新合成的。思考:如何通過實驗探究DNA
的
復(fù)制方式?半保留復(fù)制全保留復(fù)制六
.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)1、實驗思路:要探索DNA
復(fù)制的方式,需要通過實驗區(qū)分親代和子代的DNA。1958
年
,
美國生物學(xué)家梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料,運用同位素標(biāo)記技術(shù),設(shè)計了一
個巧妙的實驗。2、背景知識:14N和15N是氮元素的兩種穩(wěn)定同位素(無放射性),這兩種同位素的相對原子質(zhì)量不同,含15N
的DNA
比含14N
的DNA
密度大,因此,利用離心技術(shù)可以在試管中分離開含有不同氮元素的DNA。3、實驗過程①獲得DNA
都被15N
標(biāo)記的大腸桿菌:用含有15N
HCI的培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌,讓大腸桿菌繁殖若干代。②讓15N
標(biāo)記的大腸桿菌在含有14NHCI的普通培養(yǎng)液中繁殖。③分析子代DNA
的情況:在不同時刻收集大腸桿菌并提取D
NA,再將提取的DNA進行離
心,記錄離心后試管中DNA的位置。親代
子一代
子二代思考:①實驗結(jié)果能證明DNA
的復(fù)制是半保留復(fù)制嗎?繼續(xù)實驗,結(jié)果會怎樣?②如果DNA是全保留復(fù)制,子一代和子二代的離心結(jié)果是怎樣的?③如果把DNA
分子處理成單鏈后進行離心,實驗結(jié)果是怎樣的?能否區(qū)分?密度低14N/?N-DNA高1?N/1?N-DNA1?NI?N-DNA六
.DNA半保留復(fù)制的實驗證據(jù)4、實驗結(jié)果及分析1?N/1?N-DNA細(xì)胞再分裂一次提取DNA,離心細(xì)胞分裂一次提取DNA,離心大腸桿菌在含'NH?Cl
的培養(yǎng)液中生長若干代1?N/?N-DNA1N/'N-DNA1?N/"N-DNA'N/?N-DNA轉(zhuǎn)移到含
1?NH?Cl的
培養(yǎng)液中如果DNA
復(fù)制
是半保留復(fù)制第二代會出現(xiàn)的結(jié)果是第一代會出
現(xiàn)的結(jié)果是提取DNA,
離心密度低丨
高isN/?N-DNA1N/'"N-DNA1N/'N-DNA1N/'N-DNAN/'N-DNAN/'N-DNA第二代第一代"N?N1?N六
.DNA
半保留復(fù)制的實驗證據(jù)5、DNA
復(fù)制和染色體復(fù)制的關(guān)系·兩者同時發(fā)生,都發(fā)生在有絲分裂和減數(shù)分裂前的間期;·染色體復(fù)制的包括DNA的復(fù)制和蛋白的合成;·
染色體復(fù)制的結(jié)果是形成兩條姐妹染色單體,DNA
復(fù)制的結(jié)果是形成兩個DNA
分
子
,
這
兩
個DNA
分子分別位于兩條姐妹染色單體中。含有兩個DNA分子的染色體,每個單體中含有1個DNA分子半保留復(fù)制形成的兩個子代DNA分子思
考
:人的一個精原細(xì)胞,其中的核DNA分子均被32P標(biāo)記,在無放射性的培養(yǎng)液中
培養(yǎng)并分裂:①若通過有絲分裂形成兩個精原細(xì)胞,子
細(xì)胞中染色體放射性情況如何?②若通過減數(shù)分裂形成4個精子,精子中染色體放射性情況如何?③若先通過有絲分裂形成兩個精原細(xì)胞,
其中1個精原細(xì)胞再通過減數(shù)分裂形成4個
精子,精子中染色體放射性情況如何?含有1個DNA分
子的染色體親代DNA分子含有兩個DNA分子的染色體,
每個單體中含有1個DNA分子半保留復(fù)制形成的兩
個子代DNA分子含有1個DNA分
子的染色體親代DNA分子解旋酶▲圖3-10
DNA
復(fù)制的示意圖七
.DNA
復(fù)制的過程以母鏈為模板進
行堿基互補配對DNA聚合酶解旋七
.DNA
復(fù)制的過程1、時期:有絲分裂前的間期、減數(shù)第一次分裂前的間期2、過程:①解旋:在細(xì)胞提供的能量的驅(qū)動下,解旋酶將DNA雙螺旋的兩條鏈解開②合成子鏈:D
NA聚合酶等以解開的每一條母鏈為模板,以細(xì)胞中游離的4種脫氧核苷酸為
原料,按照堿基互補配對原則,各自合成與母鏈互補的一條子鏈。解旋、子鏈延伸、新鏈與其對應(yīng)的模板鏈盤繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)同時進行。③復(fù)制結(jié)束:一
個DNA分子形成了兩個完全相同的DNA分子。3、DNA復(fù)制的條件:模板(解旋后的每一條母鏈)、原料(游離的四種脫氧核苷酸)、能
量(ATP)、
酶(解旋酶、DNA
聚合酶)4、DNA
復(fù)制準(zhǔn)確無誤進行的原因:①
DNA
獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu),為復(fù)制提供了精確的模板
②通過堿基互補配對,保證了復(fù)制能夠準(zhǔn)確地進行③錯誤修復(fù)機制5、DNA
復(fù)制的特點:①半保留復(fù)制②邊解旋變復(fù)制③有多個復(fù)制起點6、DNA
復(fù)制的意義:復(fù)制出的兩個子代DNA
分子,位于姐妹染色單體中,通過細(xì)胞分裂
分配到子細(xì)胞中。通過復(fù)制,將遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞,從而保持了遺傳信
息的連續(xù)性。七
.DNA復(fù)制的過程7、DNA復(fù)制的計算:DNA
的復(fù)制為半保留復(fù)制,
一個DNA分子復(fù)制n次,則有(1)子代DNA
分子數(shù)為:2n個①含有親代鏈的DNA
分子數(shù)為:2個。②不含有親代鏈的DNA
分子數(shù)為(2n-2)
個。(2)子代脫氧核苷酸鏈數(shù)為:2n+1條①親代脫氧核苷酸鏈為:2條。②新合成的脫氧核苷酸鏈為:(2n+1-2)條。(3)消耗的脫氧核苷酸數(shù)①若一親代DNA
分子含有某種脫氧核苷酸m
個,經(jīng)過n次復(fù)制需要消耗該脫氧核苷酸數(shù)
為m·(2n-1)
個。②第n次復(fù)制所需該脫氧核苷酸數(shù)為m·2n-1。七
.DNA復(fù)制的過程練習(xí)1、用15N標(biāo)記含有100個堿基對的DNA分子,其中有胞嘧啶60個,該DNA分子在含
14N的培養(yǎng)基中連續(xù)復(fù)制四次。其結(jié)果不可能是()A.含有15N的DNA分子占1/8
B.含有14N的DNA分子占7/8C.消耗游離的腺嘌呤脫氧核苷酸600個
D.產(chǎn)生了16個DNA
分子2、已知某DNA分子含有1000個堿基對,其中一條鏈上A:G:T:C=1:2:3:4,該
DNA分子
連續(xù)復(fù)制2次,共需要鳥嘌呤脫氧核苷酸分子數(shù)是()A.600個B.900個C.1200個
D.1800個八.基因與DNA的關(guān)系思考討論:閱讀下列材料,你能得出哪些結(jié)論?1、大腸桿菌細(xì)胞的擬核有1個DNA
分子,長度約為4.7×106個堿基對,在DNA
分子上分布了大約4400個基因,每個基因的平均長度約為1000個堿基對。2、生長在太平洋西北部的一種水母能發(fā)出綠色熒光,這是因為水母的DNA
上有一段長
度為5170個堿基對的片段——綠色熒光蛋白基因。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒灡砻?,轉(zhuǎn)入了水母綠色熒光蛋白基因的轉(zhuǎn)基因鼠,在紫外線的照射下,也能像水母一樣發(fā)光。3、人類基因組計劃測定的是24條染色體(22條常染色體+X+Y)上
DNA的堿基序列。
每條染色體上有一個DNA
分子。這24個DNA
分子大約含有31.6億個堿基對,其中,構(gòu)
成基因的堿基數(shù)占堿基總數(shù)的比例不超過2%。八.基因與DNA的關(guān)系1、真核和原核生物基因的區(qū)別①真核生物基因序列在DNA
分子中所占比例很低,原核生物的基因序列在DNA
分子中所占比例較高。②真核生物的基因主要位于染色體的DNA
上,原核生物的基因主要存在于擬核上。③原核生物的基因通常是單個,真核生物通常成對存在。2、遺傳效應(yīng):基因通過控制蛋白質(zhì)的合成,進而控制生物的性狀。理解:DNA
上有很多片段,有些片段有遺傳效應(yīng),是基因。有些片段無遺傳效應(yīng),不
是基因。DNA
分子上的基因通常被非基因片段分隔開,
一個DNA分子上分布多個基因。
基因是一段DNA分子,但一段DNA分子不一定是基因。九
.DNA
片段中的遺傳信息由4種堿基排列而成的脫氧核苷酸序列,足以儲存生物體必需的全部遺傳信息嗎?資料1:1個DNA
分子的基本骨架是由脫氧核糖和磷酸交替連接而成的,從頭至尾沒有變化,
而骨架內(nèi)側(cè)4種堿基的排列順序卻是可變的。如果1個堿基對組成1個基因,4種堿基對的排列可能形成4種基因(這僅僅是假設(shè));如果2個堿基對組成1個基因,則可能形成16(即4x4)種基因;如果3個堿基對組成1個基因,則可能形成64(即4x4×4)
種基因。資
料
2:資料1的推算是建立在所有堿基對的隨機排列都能構(gòu)成基因這一假設(shè)上的。事實上,
大部分隨機排列的脫氧核苷酸序列從來不曾出現(xiàn)在生物體內(nèi),而有些序列卻會在生物體內(nèi)重復(fù)許多次。思考討論1、如果是100個堿基對組成1個基因,可能組合成多少種基因?2、怎樣理解DNA
的多樣性和特異性?你能從DNA
的結(jié)構(gòu)特點分析生物體具有多樣性和特
異性的原因嗎?3、在刑偵領(lǐng)域,DNA能像指紋一樣用來鑒定個人身份。結(jié)合脫氧核苷酸序列的多樣性和特異性,你能分析這一方法的科學(xué)依據(jù)嗎?4、你認(rèn)為基因是堿基對隨機排列成的DNA
片段嗎?為什么?九
.DNA
片段中的遺傳信息·DNA能夠儲存足夠量的遺傳信息;·遺傳信息蘊藏在4種堿基的排列順序之中;·堿基排列順序的千變?nèi)f化,構(gòu)成了DNA的多樣性;·堿基特定的排列順序,又構(gòu)成了每個DNA分子的特異性;·DNA
的多樣性和特異性是生物體多樣性和特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)?!NA
上分布著許多個基因,基因通常是有遺傳效應(yīng)的DNA
片段?!び行┎《镜倪z傳物質(zhì)是RNA,
對這類病毒而言,基因就是有遺傳效應(yīng)的RNA
片段。例4
如圖為果蠅某一條染色體上的幾個基因示意圖,從中得到
的正確結(jié)論是(
)黃身白眼
截翅
棒眼←R
S
N0ATGT…CGAGTC…ACAGcTAC…AGTGCAGicctca…TGCCGACC…TGAGc
……TACA…GCTCAG…TGTCGATG…TCACGTCAGGCGT…ACGGCTGG…ACTCGA.
染色體中的全部脫氧核苷酸序列都能編碼蛋白質(zhì)B.R、S、N、0
互為非等位基因C.
果蠅的每個基因是由成百上千個核糖核苷酸組成的D.
每個基因中有一個堿基對的替換,都會引起生物性狀的改變變式題
下列關(guān)于基因、遺傳信息的描述,錯誤的是(
)
A.
基因在染色體上呈線性排列,染色體是基因的主要載體
B.遺傳信息可以通過DNA復(fù)制傳遞給后代C.互為等位基因的兩個基因肯定具有相同的堿基數(shù)量D.
遺傳信息是指DNA分子的脫氧核苷酸的排列順序1.某DNA分子含m對堿基,其中腺嘌呤有A個。下列有關(guān)此DNA在連續(xù)復(fù)制時所需的胞嘧啶脫氧核苷酸數(shù)目的敘述中,錯誤的是A.
在第一次復(fù)制時,需要(m—A)個B.
在第二次復(fù)制時,需要3(m—A)個C.
在第n
次復(fù)制時,需要2n-1(m—A)個D.
在n次復(fù)制過程中,總共需要2n(m—A)個2.
如果將含有一對同源染色體的精原細(xì)胞的兩個DNA分子都用15N標(biāo)記,并只供給精原細(xì)胞含14N的原料,則該細(xì)胞進行減數(shù)分裂產(chǎn)
生的四個精子中,含15N、14N標(biāo)記的DNA分子的精子所占比例依次為A.100%
、0B.50%
、50%C.50%
、100%D.100%
、100%00⑧
-GTC三9A⑥⑦3.在含有4種堿基的DNA區(qū)段中,腺嘌呤有a個,占該區(qū)段全部堿基的比例為b,則
()A.b≤0.5B.b≥0.5C.
胞嘧啶為a(1/2b-1)
個D.
胞嘧啶為b(1/2a-1)個4.一條DNA單鏈的序列是5'-GATACC-3',那么它的互補鏈的序列是
()A.5'-CTATGG-3'B.5'-GATACC-3'C.5'-GGTATC-3'D.5'-CCATAG-3'一、概念檢測1.DNA
兩條單鏈的堿基數(shù)量關(guān)系是構(gòu)建
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)DNA
兩條單鏈不僅堿基數(shù)量相等,而且都有A
、T
、G
、C四種堿基。
()(
2
)
在DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)中,堿基的比例總是
(A+G)/(T+C)=1
。
()2.
下
面
是DNA的結(jié)構(gòu)模式圖,請寫出圖中
①
~⑩的名稱。①③⑤⑦⑨:②
;④;⑥__;⑧;⑩;
;;
;。二、拓展應(yīng)用堿基互補配對原則對遺傳信息的傳遞具有什
么意義?④③⑤②①一、概念檢測1.DNA
復(fù)制是在為細(xì)胞分裂進行必要的物
質(zhì)準(zhǔn)備。據(jù)此判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)DNA
復(fù)制與染色體復(fù)制是分別獨立進行的。
()(2)在細(xì)胞有絲分裂的中期,每條染色體是
由兩條染色單體組成的,所以DNA的復(fù)制也是在這個時期完成的。()2.DNA
復(fù)制保證了親子代間遺傳信息的連續(xù)性。下列關(guān)于DNA復(fù)制的敘述,正確的是()A.
復(fù)制均在細(xì)胞核內(nèi)進行B.
堿基互補配對原則保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性C.1個DNA分子復(fù)制1次產(chǎn)生4個DNA分子D.
游離的脫氧核苷酸在解旋酶的作用下合成子鏈3.將
DNA雙鏈都被'N
標(biāo)記的大腸桿菌放在
含有"N的培養(yǎng)基中培養(yǎng),使其分裂3次,下列敘述正確的是()A.
所有的大腸桿菌都含有"NB.含
有'N的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/2C.含
有'N
的大腸桿菌占全部大腸桿菌的比例為1/4D.
含
有'N
的
DNA分子占全部DNA分子的
比例為1/8二、拓展應(yīng)用1.雖
然DNA復(fù)制通過堿基互補配對在很大程度上保證了復(fù)制的準(zhǔn)確性,但是,DNA平均每
復(fù)制109個堿基對,就會產(chǎn)生1個錯誤。請根據(jù)這
一數(shù)據(jù)計算,約有31.6億個堿基對的人類基因組
復(fù)制時可能產(chǎn)生多少個錯誤?這些錯誤可能產(chǎn)生
什么影響?2.已知果蠅的基因組大小為1.8×10?bp(bp
表示堿基對),真核細(xì)胞中DNA復(fù)制的速率一般
為50~100bp/s。下圖為果蠅DNA的電鏡照片,圖中的泡狀結(jié)構(gòu)叫作DNA復(fù)制泡,是DNA上正在
復(fù)制的部分。請你推測果蠅DNA形成多個復(fù)制泡的原因。果蠅DNA的電鏡照片一、概念檢測1.
科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),未經(jīng)人工轉(zhuǎn)基因操作的番薯都含有農(nóng)桿菌的部分基因,而這些基因的遺傳效應(yīng)促使番薯根部發(fā)生膨大產(chǎn)生了可食用的部分,
因此番薯被人類選育并種植。下列相關(guān)敘述錯誤
的是
()A.
農(nóng)桿菌這些特定的基因可以在番薯細(xì)胞內(nèi)復(fù)制B.
農(nóng)桿菌和番薯的基因都是4種堿基對的隨機排列C.
農(nóng)桿菌和番薯的基因都是有遺傳效應(yīng)的DNA片段D.農(nóng)桿菌這些特定的基因可能在自然條件下轉(zhuǎn)入了番薯細(xì)胞2.
整理總結(jié)染色體、DNA和基因三者之間的關(guān)系,并以你認(rèn)為最簡明的形式表示出來。二
、拓展應(yīng)用1.
在嚴(yán)查偷獵野生動物的行動中,執(zhí)法部門發(fā)現(xiàn)某餐館出售的一種烤肉比較可疑,餐館工作人
員說是“山羊肉”,經(jīng)實驗室檢驗,執(zhí)法部門確定
這種“山羊肉”來自國家二級保護動物斑羚。你認(rèn)
為執(zhí)法部門最可能采取哪種檢測方法?為什么?2.我國一些城市在交通路口啟用了人臉識別技術(shù),針對行人和非機動車闖紅燈等違規(guī)行為進行抓
拍。這種技術(shù)應(yīng)用的前提是每個人都具有獨一無二
的面孔。為什么人群中沒有一模一樣的兩個人呢?
請你從生物學(xué)的角度評述人臉識別技術(shù)的可行性。一、選擇題1.本章介紹的艾弗里的實驗、赫爾希和蔡
斯的實驗都證明DNA是遺傳物質(zhì),這兩個實驗在
設(shè)計思路上的共同點是
()A.重
組DNA
片段,研究其表型效應(yīng)B.去
掉DNA
片段,研究其表型效應(yīng)C.設(shè)法分別研究DNA和蛋白質(zhì)各自的效應(yīng)D.應(yīng)用同位素標(biāo)記技術(shù),研究DNA在親代與子代之間的傳遞2.在噬菌體侵染細(xì)菌的實驗中,下列對噬菌體外殼蛋白質(zhì)合成的描述,正確的是
()A.氨基酸原料和酶來自細(xì)菌B.氨基酸原料和酶來自噬菌體C.氨基酸原料來自細(xì)菌,酶來自噬菌體D.
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