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DNA是如何进行复制的?

时间:2017-08-30|来源:华曦亲子鉴定中心

亲子鉴定中心王主任称,在细胞中,DNA模板的两条链在称为复制叉的结构上同时被复制。因为DNA的两条链是反向平行的,所以只有一条DNA模板链能以连续方式进行复制。另一条DNA链必须先合成一系列短的称为冈崎片段的DNA片段。每条DNA链都用一条由引物酶所合成的RNA引物来起始。为完成复制,这些引物必须被除去。当RNA引物被DNA取代以后,所有单独合成的后随链DNA片段彼此连接在一起,形成一个连续的DNA链。 除DNA聚合酶以外,还有一系列的蛋白质帮助协调和促进DNA复制反应。这些额外的因子促进双链DNA模板的解旋、稳定单链DNA模板(SSB),以及除去在复制叉前形成的超螺旋。

   DNA聚合酶被特化用于DNA复制期间的不同事件。有些具有高延伸性,有些则仅有很低的延伸性。DNA滑动夹增强了用于大范围DNA复制的DNA聚合酶的延伸能力。这些夹子蛋白与DNA拓、连接,但是,当其与DNA聚合酶结合的时候能沿着刚合成出来的DNA滑行,有效地防止了结合的DNA聚合酶从引物一模板接头上脱落。称为滑行DNADNA装载器的特殊蛋白复合体用ATP解的能量将滑动夹安装到引物一模板接头附近的DNA上。

 DNA的合成依赖于两种类型的底物:4种脱氧核苷三磷酸,dATP、dTTP、dCTP、dGTP;模板DNA的结构——引物一模板接头。模板DNA决定了掺人核苷酸的序列。引物作为脱氧核苷酸添加的底物,每个脱氧核苷酸都持续地添加到3'端的羟基上。DNA的合成被称为DNA聚合酶的酶所催化,此酶利用单一活性位点来添加4种dNTP前体。对DNA聚合酶的结构研究发现其类似于一只抓住催化位点的手。此结构对极精确的DNA合成反应具有重要意义。DNA聚合酶具有延伸性,每次结合一个底物,都可添加很多核苷酸。校正外切核酸酶通过类似于“删除键”那样的功能除去不正确添加的核苷酸,可进一步增强DNA合成的精确性。

  

  复制叉上蛋白质之间的相互作用在DNA合成中起着重要作用。在E.coli中,两个DNA聚合酶是称为DNA聚合酶Ⅲ全酶的大复合体的组分。DNA聚合酶Ⅲ全酶与DNA解旋酶的结合刺激了DNA解旋的速度。类似地,引物酶与DNA解旋酶的结合增加了其合成RNA引物的能力。这样,当整套复制蛋白都在复制叉上的时候复制反应的效率最高。这套蛋白质所形成的复合体称为复制体。DNA合成的起始受复制器的特殊序列指导。复制起始的物理位DNA复制起始位点。复制器与起始子的蛋白质特异性地结合,起始子刺激起始位点处DNA的解旋并募集复制起始所需的其他蛋白质。DNA复制起始的过程主要由蛋白质-蛋白质或非特异性蛋白质-DNA相互作用驱动。真核细胞中DNA复制的起始被严格地调控,以确保每条染色体上的每个核苷pre-一轮细胞分裂中都只能被复制一次。这种严格的调控是通过控制前复制复合体(pre-RC)的多蛋白组合体的形成和激活来实现的。在复制器上形成这些复合体需要募集其他启动DNA复制所必需的蛋白质。形成和激活pre-RCG力由一种称作细胞周期蛋白依赖性激酶的细胞周期调控激酶所控制。在细胞周期的Gi期,pre-RC可形成但是不能指导复制的起始。在细胞周期的其他期内(s、G2和M期),任何已有的pre-RC都能启动DNA复制,但是不能形成新的pre-RC。因此,一个细胞周期中’任何pre-RC都只能指导一轮起始,这保证了DNA只被精确地复制一次。结束DNA复制需要特殊酶的作用。对于环形染色体来说,DNA拓扑异构酶Ⅱ将拓扑连接的环状产物彼此分开;线性染色体也需要特殊的蛋白质来确保其复制的完整在真核细胞中,一种称作端粒酶的特殊DNA聚合酶可使染色体末端(端粒)作为一个独特的复制起始位点。通过延长端粒的3'端,端粒酶消DNA复制叉机器进行常规合成时所造成的染色体末端渐进性丢失的问题。结合于端粒DNA上的蛋白调节端粒酶的活性,保护染色体末端不被降解和重组。

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