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  敏姐是個好人0 2010-01-17 00:00:00

  DNA復制目錄[隱藏] 定義 引發(fā) DNA鏈的延伸 終止 附：高中生物范疇下的DNA復制 DNA復制 [編輯本段]定義 DNA復制是指DNA雙鏈在細胞分裂以前進行的復制過程，復制的結果是一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈（如果復制過程正常的話），每條雙鏈都與原來的雙鏈一樣。這個過程通過半保留復制機制得以順利完成。 DNA復制主要包括引發(fā)、延伸、終止三個階段。 [編輯本段]引發(fā) 復制的引發(fā)(Priming)階段包括DNA復制起點雙鏈解開，通過轉錄激活步驟合成RNA分子，RNA引物的合成，DNA聚合酶將diyi個脫氧核苷酸加到引物RNA的3'-OH末端復制引發(fā)的關鍵步驟就是前導鏈DNA的合成，一旦前導鏈DNA的聚合作用開始，滯后鏈上的DNA合成也隨著開始，在所有前導鏈開始聚合之前有一必需的步驟就是由RNA聚合酶(不是引物酶)沿滯后鏈模板轉錄一短的RNA分子。在有些DNA復制中，(如質粒ColE)，該RNA分子經過加式成為DNA復制的引物。但是，在大部分DNA復制中，該RNA分子沒有引物作用。它的作用似乎只是分開兩條DNA鏈，暴露出某些特定序列以便引發(fā)體與之結合，在前導鏈模板DNA上開始合成RNA引物，這個過程稱為轉錄激活(transcriptional activation)，在前導鏈的復制引發(fā)過程中還需要其他一些蛋白質，如大腸桿菌的dnaA蛋白。這兩種蛋白質可以和復制起點處DNA上高度保守的4個9bp長的序列結合，其具體功能尚不清楚?？赡苁沁@些蛋白質與DNA復制起點結合后能促進DNA聚合酶Ⅲ復合體的七種蛋白質在復制起點處裝配成有功能的全酶。DNA復制開始時，DNA螺旋酶首先在復制起點處將雙鏈DNA解開，通過轉錄激活合成的RNA分子也起分離兩條DNA鏈的作用，然后單鏈DNA結合蛋白質結合在被解開的鏈上。由復制因子X(n蛋白)，復制因子Y(n'蛋白)，n"蛋白，i蛋白，dnaB蛋白和dnaC蛋白等6種蛋白質組成的引發(fā)前體(preprimosome)，在單鏈DNA結合蛋白的作用下與單鏈DNA結合生成中間物，這是一種前引發(fā)過程。引發(fā)前體進一步與引物酶(primase)組裝成引發(fā)體(primosome)。引發(fā)體可以在單鏈DNA上移動，在dnaB亞基的作用下識別DNA復制起點位置。首先在前導鏈上由引物酶催化合成一段RNA引物，然后，引發(fā)體在滯后鏈上沿5'→3'方向不停的移動(這是一種相對移動，也可能是滯后鏈模板在移動，見后)，在一定距離上反復合成RNA引物供DNA聚合酶Ⅲ合成岡崎片段使用，引發(fā)體中許多蛋白因子的功能尚不清楚。但是，這些成份必須協(xié)同工作才能使引發(fā)體在滯后鏈上移動，識別合適的引物合成位置，并將核苷酸在引發(fā)位置上聚合成RNA引物。由于引發(fā)體在滯后鏈模板上的移動方向與其合成引物的方向相反，所以在滯后鏈上所合成的RNA引物非常短，一般只有3-5個核苷酸長。而且，在同一種生物體細胞中這些引物都具有相似的序列，表明引物酶要在DNA滯后鏈模板上比較特定的位置(序列)上才能合成RNA引物。 為什么需要有RNA引物來引發(fā)DNA復制呢?這可能盡量減少DNA復制起始處的突變有關。DNA復制開始處的幾個核苷酸Z容易出現差錯，因此，用RNA引物即使出現差錯Z后也要被DNA聚合酶Ⅰ切除，提高了DNA復制的準確性。RNA引物形成后，由DNA聚合酶Ⅲ催化將diyi個脫氧核苷酸按堿基互補原則加在RNA引物3'-OH端而進入DNA鏈的延伸階段。 [編輯本段]DNA鏈的延伸 DNA新生鏈的合成由DNA聚合酶Ⅲ所催化，然而，DNA必須由螺旋酶在復制叉處邊移動邊解開雙鏈。這樣就產生了一種拓撲學上的問題:由于DNA的解鏈，在DNA雙鏈區(qū)勢必產生正超螺旋，在環(huán)狀DNA中更為明顯，當達到一定程度后就會造成復制叉難再繼續(xù)前進，從而終止DNA復制。但是，在細胞內DNA復制不會因出現拓撲學問題而停止。有兩種機制可以防止這種現象發(fā)生:[1]DNA在生物細胞中本身就是超螺旋，當DNA解鏈而產生正超螺旋時，可以被原來存在的負超螺旋所中和;[2]DNA拓撲異構酶Ⅰ要以打開一條鏈，使正超螺旋狀態(tài)轉變成松弛狀態(tài)，而DNA拓撲異構酶Ⅱ(旋轉酶)可以在DNA解鏈前方不停地繼續(xù)將負超螺旋引入雙鏈DNA。這兩種機制保證了無論是環(huán)狀DNA還是開環(huán)DNA的復制順利的解鏈，再由DNA聚合酶Ⅲ合成新的DNA鏈。前已述及DNA生長鏈的延伸主要由DNA聚合酶催化，該酶是由7種蛋白質(多肽)組成的聚合體，稱為全酶。全酶中所有亞基對完成DNA復制都是必需的。α亞基具有聚合功能和5'→3'外切酶活性，ε亞基具有3'→5'外切酶活性。另外，全酶中還有ATP分子它是DNA聚合酶Ⅲ催化diyi個脫氧核糖核苷酸連接在RNA引物上所必需的，其他亞基的功能尚不清楚。 在DNA復制叉處要能由兩套DNA聚合酶Ⅲ在同一時間分別進行復制DNA前導鏈和滯后鏈。如果滯后鏈模板環(huán)繞DNA聚合酶Ⅲ全酶，并通過DNA聚合酶Ⅲ，然后再折向與未解鏈的雙鏈DNA在同一方向上，則滯后鏈的合成可以和前導鏈的合成在同一方向上進行。 這樣，當DNA聚合酶Ⅲ沿著滯后鏈模板移動時，由特異的引物酶催化合成的RNA引物即可以由DNA聚合酶Ⅲ所延伸。當合成的DNA鏈到達前一次合成的岡崎片段的位置時，滯后鏈模板及剛合成的岡崎片斷便從DNA聚合酶Ⅲ上釋放出來。這時，由于復制叉繼續(xù)向前運動，便產生了又一段單鏈的滯后鏈模板，它重新環(huán)繞DNA聚合酶Ⅲ全酶，并通過DNA聚合酶Ⅲ開始合成新的滯后鏈岡崎片段。通過這樣的機制，前導鏈的合成不會超過滯后鏈太多(Z后只有一個岡崎片段的長度)。而且，這樣引發(fā)體在DNA鏈上和DNA聚合酶Ⅲ以同一速度移動。 按上述DNA復制的機制，在復制叉附近，形成了以兩套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引發(fā)體和螺旋構成的類似核糖體大小的復合體，稱為DNA復制體(replisome)。復制體在DNA前導鏈模板和滯后鏈模板上移動時便合成了連續(xù)的DNA前導鏈和由許多岡崎片段組成的滯后鏈。在DNA合成延伸過程中主要是DNA聚合酶Ⅲ的作用。當岡崎片段形成后，DNA聚合酶Ⅰ通過其5'→3'外切酶活性切除岡崎片段上的RNA引物，同時，利用后一個岡崎片段作為引物由5'→3'合成DNA。Z后兩個岡崎片段由DNA連接酶將其接起來，形成完整的DNA滯后鏈。 [編輯本段]終止 過去認為，DNA一旦復制開始，就會將該DNA分子全部復制完畢，才終止其DNA復制。但Z近的實驗表明，在DNA上也存在著復制終止位點，DNA復制將在復制終止位點處終止，并不一定等全部DNA合成完畢。但目前對復制終止位點的結構和功能了解甚少在NDA復制終止階段令人困惑的一個問題是，線性DNA分子兩端是如何完成其復制的?已知DNA復制都要有RNA引物參與。當RNA引物被切除后，中間所遺留的間隙由DNA聚合Ⅰ所填充。但是，在線性分子的兩端以5'→3'為模板的滯后鏈的合成，其末端的RNA引物被切除后是無法被DNA聚合酶所填充的。 在研究T7DNA復制時，這個問題部分地得到了解決。T7DNA兩端的DNA序列區(qū)有160bp長的序列完全相同。而且，在T7DNA復制時，產生的子代DNA分子不是一個單位T7DNA長度，而是許多單位長度的T7DNA首尾連接在一起。T7DNA兩個子代DNA分子都會有一個3'端單鏈尾巴，兩個子代DNA的3'端尾巴以互補結合形成兩個單位T7DNA的線性連接。然后由DNA聚合酶Ⅰ填充和DNA連接酶連接后，繼續(xù)復制便形成四個單位長度的T7DNA分子。這樣復制下去，便可形成多個單位長度的T7DNA分子。這樣的T7DNA分子可以被特異的內切酶切開，用DNA聚合酶填充與親代DNA完全一樣的雙鏈T7DNA分子。 在研究痘病毒復制時，發(fā)現了線性DNA分子完成末端復制的第二種方式。痘病毒DNA在兩端都形成發(fā)夾環(huán)狀結構。DNA復制時，在線性分子中間的一個復制起點開始，雙向進行，將發(fā)夾環(huán)狀結構變成雙鏈環(huán)狀DNA。然后，在發(fā)夾的ZY將不同DNA鏈切開，使DNA分子變性，雙鏈分開。這樣，在每個分子兩端形成一個單鏈尾端要以自我互補，形成完整的發(fā)夾結構，與親代DNA分子一樣。在真核生物染色體線性DNA分子復制時，尚不清楚末端的復制過程是怎樣進行的。也可能像痘病毒那樣形成發(fā)夾結構而進行復制。但Z近的實驗表明，真核生物染色體末端DNA復制是由一種特殊的酶將一個新的末端DNA序列加在剛剛完成復制的DNA末端。這種機制首先在四膜蟲中發(fā)現。該生物細胞的線性DNA分子末端有30-70拷貝的5'TTGGGG3'序列，該細胞中存在一種酶可以將TTGGGG序列加在事先已存在的單鍵DNA末端的TTGGGG序列上。這樣有較長的末端單鏈DNA，可以被引物酶重新引發(fā)或其他的酶蛋白引發(fā)而合成RNA引物，并由DNA聚合酶將其變成雙鏈DNA。這樣就可以避免其DNA隨著復制的不斷進行而逐漸變短。 在環(huán)狀DNA的復制的末端終止階段則不存在上述問題。環(huán)狀DNA復制到Z后，由DNA拓撲異構酶Ⅱ切開雙鏈DNA，將兩個DNA分子分開成為兩個完整的與親代DNA分子一樣的子代DNA。 DNA復制的特點 1．半保留復制：DNA在復制時，以親代DNA的每一股作模板，合成完全相同的兩個雙鏈子代DNA，每個子代DNA中都含有一股親代DNA鏈，這種現象稱為DNA的半保留復制。DNA以半保留方式進行復制，是在1958年由M. Meselson 和 F. Stahl 所完成的實驗所證明。 2．有一定的復制起始點：DNA在復制時，需在特定的位點起始，這是一些具有特定核苷酸排列順序的片段，即復制起始點（復制子）。在原核生物中，復制起始點通常為一個，而在真核生物中則為多個。 3．需要引物(primer)：DNA聚合酶必須以一段具有3'端自由羥基（3'-OH）的RNA作為引物，才能開始聚合子代DNA鏈。RNA引物的大小，在原核生物中通常為50～100個核苷酸，而在真核生物中約為10個核苷酸。 4．雙向復制：DNA復制時，以復制起始點為ZX，向兩個方向進行復制。但在低等生物中，也可進行單向復制。 5．半不連續(xù)復制：由于DNA聚合酶只能以5'→3'方向聚合子代DNA鏈，因此兩條親代DNA鏈作為模板聚合子代DNA鏈時的方式是不同的。以3'→5'方向的親代DNA鏈作模板的子代鏈在聚合時基本上是連續(xù)進行的，這一條鏈被稱為領頭鏈(leading strand)。而以5'→3'方向的親代DNA鏈為模板的子代鏈在聚合時則是不連續(xù)的，這條鏈被稱為隨從鏈(lagging strand)。DNA在復制時，由隨從鏈所形成的一些子代DNA短鏈稱為岡崎片段(Okazaki fragment)。岡崎片段的大小，在原核生物中約為1000～2000個核苷酸，而在真核生物中約為100個核苷酸。 [編輯本段]附：高中生物范疇下的DNA復制 DNA的復制是一個邊解旋邊復制的過程。復制開始時，DNA分子首先利用細胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開，這個過程叫解旋。然后，以解開的每一段母鏈為模板，以周圍環(huán)境中的四種脫氧核苷酸為原料，按照堿基配對互補配對原則，在DNA聚合酶的作用下，各自合成與母鏈互補的一段子鏈。隨著解旋過程的進行，新合成的子鏈也不斷地延伸，同時，每條子鏈與其母鏈盤繞成雙螺旋結構，從而各形成一個新的DNA分子。這樣，復制結束后，一個DNA分子，通過細胞分裂分配到兩個子細胞中去！ 注：復制時遵循堿基互補配對原則，復制發(fā)生在細胞分裂的間期。

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