简述DNA半保留，半不连续及双向复制的过程

更新时间：2018-04-29 01:33:43 169次访问

简述DNA半保留，半不连续及双向复制的过程

Waston和Click在提出DNA双螺旋结构模型时曾就DNA复制过程进行过研究,他们推测,DNA在复制过程中碱基间的氢键首先断裂,双螺旋解旋分开,每条链分别作模板合成新链,每个子代DNA的一条链来自亲代,另一条则是新合成的,故称之为半保留式复制（semiconservative replication).

1958年Meselson和Stahl进行了如图8-3-5的实验证明了DNA分子是以半保留方式进行自我复制的.

（二）DNA复制的起始,方向和速度

DNA在复制时,双链DNA解旋成两股分别进行.其复制过程的复制起点呈现叉子的形式,故称复制叉.以复制叉向前移动的方向为标准,一条模板链为3’—〉5’走向,在其上DNA能以5’—〉3’方向连续合成,称为前导链（leading strand)；另一条模板链为5’—〉3’走向,在其上DNA也是5’—〉3’方向合成,但与复制叉移动的方向正好相反,故随着复制叉的移动形成许多不连续的冈崎片段,最后在连成一条完整的DNA链,该链称为后随链（lagging strand).实验证明DNA的复制是由一个固定的起始点开始的.一般把生物体的单个复制单位称为复制子.一个复制子只含一个复制起点.一般说,细菌,病毒即线粒体DNA分子均作为单个复制子完成其复制,真核生物基因组可以同时在多个复制起点上进行双向复制,即它们的基因组包括多个复制子.多方面的实验结果表明,大多数生物内DNA的复制都是从固定的起始点以双向等速方式进行的.复制叉以DNA分子上某一特定顺序为起始点,向两个方向等速生长前进.

DNA复制过程

（三）DNA复制过程

以原核生物DNA复制过程予以简要说明

1．DNA双螺旋的解旋

DNA在复制时,其双链首先解开,形成复制叉,而复制叉的形成则是由多种蛋白质及酶参与的较复杂的复制过程

ssbDNA蛋白是较牢固的结合在单链DNA上的蛋白质.原核生物ssbDNA蛋白与DNA结合时表现出协同效应：若第1个ssbDNA蛋白结合到DNA上去能力为1,第2个的结合能力可高达103；真核生物细胞中的ssbDNA蛋白与单链DNA结合时则不表现上述效应.ssbDNA蛋白的作用是保证解旋酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构,它以四聚体的形式存在于复制叉处,待单链复制后才脱下来,重新循环.所以,ssbDNA蛋白只保持单链的存在,不起解旋作用.（2）DNA解链酶（DNA helicase） DNA解链酶能通过水解ATP获得能量以解开双链DNA.这种解链酶分解ATP的活性依赖于单链DNA的存在.如果双链DNA中有单链末端或切口,则DNA解链酶可以首先结合在这一部分,然后逐步向双链方向移动.复制时,大部分DNA解旋酶可沿滞后模板的5’—〉3’方向并随着复制叉的前进而移动,只有个别解旋酶（Rep蛋白）是沿着3’—〉5’方向移动的.故推测Rep蛋白和特定DNA解链酶是分别在DNA的两条母链上协同作用以解开双链DNA.（3）DNA解链过程 DNA在复制前不仅是双螺旋而且处于超螺旋状态,而超螺旋状态的存在是解链前的必须结构状态,参与解链的除解链酶外还有一些特定蛋白质,如大肠杆菌中的Dna蛋白等.一旦DNA局部双链解开,就必须有ssbDNA蛋白以稳定解开的单链,保证此局部不会恢复成双链.两条单链DNA复制的引发过程有所差异,但是不论是前导链还是后随链,都需要一段RNA引物用于开始子链DNA的合成.因此前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按5’—3’持续的合成下去,不形成冈崎片段,后者则随着复制叉的出现,不断合成长约2—3kb的冈崎片段.

2．冈崎片段与半不连续复制

因DNA的两条链是反向平行的,故在复制叉附近解开的DNA链,一条是5’—〉3’方向,另一条是3’—〉5’方向,两个模板极性不同.所有已知DNA聚合酶合成方向均是5’—〉3’方向,不是3’—〉5’方向,因而无法解释DNA的两条链同时进行复制的问题.为解释DNA两条链各自模板合成子链等速复制现象,日本学者冈崎（Okazaki）等人提出了DNA的半连续复制（semidiscontinuous replication）模型.1968年冈崎用3H脱氧胸苷短时间标记大肠杆菌,提取DNA,变性后用超离心方法得到了许多3H标记的,被后人称作冈崎片段的DNA.延长标记时间后,冈崎片段可转变为成熟DNA链,因此这些片段必然是复制过程中的中间产物.另一个实验也证明DNA复制过程中首先合成较小的片段,即用DNA连接酶温度敏感突变株进行试验,在连接酶不起作用的温度下,便有大量小DNA片段积累,表明DNA复制过程中至少有一条链首先合成较短的片段,然后再由连接酶链成大分子DNA.一般说,原核生物的冈崎片段比真核生物的长.深入研究还证明,前导链的连续复制和滞后链的不连续复制在生物界具有普遍性,故称为DNA双螺旋的半不连续复制.

3．复制的引发和终止

所有的DNA的复制都是从一个固定的起始点开始的,而DNA聚合酶只能延长已存在的DNA链,不能从头合成DNA链,新DNA的复制是如何形成的?经大量实验研究证明,DNA复制时,往往先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物,再由聚合酶从RNA引物3’端开始合成新的DNA链.对于前导链来说,这一引发过程比较简单,只要有一段RNA引物,DNA聚合酶就能以此为起点,一直合成下去.对于后随链,引发过程较为复杂,需要多种蛋白质和酶参与.后随链的引发过程由引发体来完成.引发体由6种蛋白质构成,预引体或引体前体把这6种蛋白质结合在一起并和引发酶或引物过程酶进一步组装形成引发体.引发体似火车头一样在后随链分叉的方向前进,并在模板上断断续续的引发生成滞后链的引物RNA短链,再由DNA聚合酶 III 作用合成DNA,直至遇到下一个引物或冈崎片段为止.由RNA酶H降解RNA引物并由DNA聚合酶 I 将缺口补齐,再由DNA连接酶将每两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA..

就是一个复制的过程哦