DNA复制

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DNA复制 — 概述
DNA复制是生物遗传的基础,是所有生物体中最基本的过程。而这一过程是半保留复制,是以最开始的双链分子中的一条作为模板进行DNA复制,产生两个完全一致的DNA分子。细胞水平的校正和纠错机制能确保非常精确地复制DNA的拷贝。DNA复制发生在基因组的特定位置也就是起始点,DNA分子在起始点形成复制叉开始复制。

DNA复制只能从DNA链的起始点向末端沿着一个方向进行。这是因为合成DNA双螺旋的两条链是反向平行排列的,其中一条链的起始端与另一条链的末尾端平行排列在一起,每一个复制叉只有一条链是按照从尾到头的正确方向指导新链从头到尾方向合成。根据这条指导链,DNA复制持续向前合成复制叉。

DNA复制不能沿滞后链进行,也就是说,从头到尾的DNA链,直到已经复制了足够长度的DNA分子,否则DNA复制不会继续沿着模本链进行复制,DNA复制于是从新合成复制叉处分开。在复制过程中必须暂停并等待更多的亲本DNA链片段,而此时整个长度只是沿着开始到结束方向前进了一小段距离。

DNA复制 — 复制体
复制体是一个执行DNA复制的复杂分子机器。它由大量的次级元件组成,每一个次级元件在复制的过程中都行使一个特殊的功能。解螺旋酶能切断两条DNA分子之间的氢键,从而在DNA合成前分开两条链。当解螺旋酶解开双螺旋时,引导DNA其它区域的超螺旋体排列好。

旋转酶的作用是解开由解旋酶切断DNA链产生的超螺旋化,解旋酶使DNA链旋转并释放超螺旋体,使它们重新加入到DNA链中。旋转酶最常见于复制叉的上游,形成超螺旋的位置。

由于DNA聚合酶只能连接DNA链(不能开始),所以由引物酶引导指导链进行复制。引物酶将与模本链互补的RNA引物加到DNA链上开始复制冈崎片段。

DNA合成酶Ⅲ由2个催化核心构成,一个引导DNA链复制,一个间隔DNA链。但是DNA合成酶Ⅲ不能停留足够时间,有效地复制姐妹链。于是包含3个亚基的二聚物β聚合物共同包裹住DNA链使DNA合成酶Ⅲ留在DNA链上,确保DNA聚合酶Ⅲ能在链上合成几千个核酸而不是几百个。

DNA合成酶Ⅰ将引物酶添加的RNA引物去掉,完成冈崎片段。而DNA合成酶Ⅰ的作用会使冈崎片段之间产生小的空白区域,这就需要连接酶将冈崎片段连接起来,最终两个冈崎片段的末端以共价键结合。

单链结合蛋白绑定在暴露的碱基上竭力防止DNA链的不稳定并保证单链DNA之间不会由氢键形成危险的发夹结构。DNA合成酶包含一个校对机制,通常指的是“外切核酸酶活性”,即将错误添加的核酸去除掉。

DNA聚合酶包含一个'校对'机制,通常被称为 ‘外切酶活性'。这样就删除了误添加的核苷酸。

DNA复制 — 设计签名
DNA的复制是对那些坚持达尔文主义世界观的的人们的一项基本挑战。作为生物信息被复制并传递给后代的过程,这是一个对于细胞的自我复制过程必要的机制。细胞的自我复制对于任何选择性的过程中都是必要的,比如自然选择。因此,试图用自然选择来解释这个机制巨大的复杂性需要人们先要假设他们想解释的东西的客观存在。 由于其极为复杂的性质,大多数生化学者先前认为该系统产生,是在最后一个共同祖先的起源之前。 此外,许多生化学家长久以来一直把在所有生命中观察到的DNA复制的功能性的相似当作DNA复制的单一的起源。 不过在1999年,美国国家卫生研究院的研究人员证明,参与细菌和古细菌或真核细胞(生命进化之树的两个主干)的DNA复制的核心酶其实并没有一个共同的进化起源。 因此,它看起来好像细菌和古细菌独自产生了两个相同的DNA复制系统 — 在这两个进化的谱系据信分化自最后的共同祖先之后。

认为这一工程奇迹是一次形成的就以令人惊叹的,更不用说两次。没有明显的原因表明DNA复制是通过一个半保留的,RNA引物依赖性的,双向的机制发生的,该机制依靠前置链和滞后链产生DNA后代分子。 即使DNA复制可以在两个不同场合独立地演变,考虑到他们的特性,有理由认为对于细菌和古细菌或真核细胞会出现根本不同的机制。但是没有。

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