DNA复制的过程.doc

DNA复制的过程（图）DNA复制过程大致可以分为复制的引发，DNA链的延伸和DNA复制的终止三个阶段一 ）DNA复制的引发复制的引发（Priming） 阶段包括D當《op sNA复制起点双链解开，通过转录激活步骤合成RNA分子,RNA引物的合OO成，DNA聚合酶将 第一个脱氧核苷酸加到引物RNA的3'-OH末端复制引发 的关键步骤就是前 导链DNA的合成，P L 1側也4」=:后罰址口 4 -- 3.5'P—— — RF-變制又屉曰DNA坯转暫三呗引期1°o啟密宴吉玄兰一旦前导链DNA的聚合作用开始，滞DNASJj引发过程后链上的DNA合成也随着开始，在所有前导链开始聚合之前有一必需 的步骤就是由RNA聚合酶（不是引物酶）沿滞后链模板转录一短的RNA 分子在有些DNA复制中，（如质粒ColE），该RNA分子经过加式成为DNA复制的引物但是，在大部分DNA复制中，该RNA分子没有引 物作用它的作用似乎只是分开两条DNA链，暴露出某些特定序列以 便引发体与之结合，在前导链模板DNA上开始合成RNA引物，这个过 程称为转录激活(transcriptional activation) ，在前导链的复制引发过程中还需要其他一些蛋白质， 如大肠杆菌的 dnaA 蛋白。

这两种 蛋白质可以和复制起点处DNA上高度保守的4个9bp长的序列结合， 其具体功能尚不清楚可能是这些蛋白质与DNA复制起点结合后能促 进DNA聚合酶川复合体的七种蛋白质在复制起点处装配成有功能的 全酶DNA复制开始时，DNA螺旋酶首先在复制起点处将双链DNA解 开，通过转录激活合成的RNA分子也起分离两条DNA链的作用，然后 单链DNA结合蛋白质结合在被解开的链上由复制因子X(n蛋白)， 复制因 子 Y(n' 蛋白 )， n" 蛋白 ， i 蛋白 ， dnaB 蛋白 和 dnaC 蛋白 等 6 种蛋白质组成的引发前体(preprimosome)，在单链DNA结合蛋白的作 用下与单链DNA结合生成中间物，这是一种前引发过程引发前体进 一步与引物酶(primase) 组装成引发体(primosome)引发体可以在单 链DNA上移动，在dnaB亚基的作用下识别DNA复制起点位置首先 在前导链上由引物酶催化合成一段RNA引物，然后，引发体在滞后链 上沿5' f 3'方向不停的移动(这是一种相对移动，也可能是滞后链模 板在移动，见后)，在一定距离上反复合成RNA引物供DNA聚合酶川 合成冈崎片段使用， 引 发体中许多蛋白因 子的 功能尚不清楚。

但是， 这些成份必须协同工作才能使引 发体在滞后链上移动，识别合适的引 物合成位置，并将核苷酸在引发位置上聚合成RNA引物由于引发体 在滞后 链模 板上 的移 动 方向 与其 合成 引物 的方 向相 反，所 以在 滞 后链 上所合成的RNA引物非常短，一般只有3-5个核苷酸长而且，在同 一种生物 体细胞中这些引 物 都具有相似的 序列，表 明引 物酶要在 DNA 滞后链模板上比较特定的位置（序列）上才能合成RNA引物为什么需要有RNA引物来引发DNA复制呢？这可能尽量减少DNA 复制起始处的突变有关DNA复制开始处的几个核苷酸最容易出现差 错，因此，用RNA引物即使出现差错最后也要被DNA聚合酶I切除， 提高了 DNA复制的准确性RNA引物形成后，由DNA聚合酶川催化将 第一个脱氧核苷酸按碱基互补原则加在RNA引物3'-0H端而进入DNA 链的延伸阶段 二 ）DNA 链 的 延 伸DNA新生链的合成由DNA聚合酶川所催化，然而，DNA必须由螺旋酶在 复制 叉处 边移动边解开双链这 样就产生 了 一 种拓扑学上 的 问 题：由于DNA的解链，在DNA双链区势必产生正超螺旋，在环状DNA 中更为 明显，当 达到一定 程度后就会造成 复制 叉难再继 续前进，从 而 终止DNA复制。

但是，在细胞内DNA复制不会因出现拓扑学问题而停 止有 两种机制 可 以防止 这种现 象发 生 ：[1]DNA 在生 物 细 胞中本身就 是超螺旋，当DNA解链而产生正超螺旋时，可以被原来存在的负超螺 旋所中和;[2]DNA 拓扑异构酶I要以打开一条链，使正超螺旋状态转 变成松弛状态，而DNA拓扑异构酶II （旋转酶）可以在DNA解链前方不 停地继续将 负 超 螺旋 引 入双 链 DNA 这 两种机制 保证了 无论是环 状 D NA还是开环DNA的复制顺利的解链，再由DNA聚合酶川合成新的DN A链前已述及DNA生长链的延伸主要由DNA聚合酶催化，该酶是由 7种蛋白质（多肽）组成的聚合体，称为全酶全酶中所有亚基对完成 DNA复制都是必需的a亚基具有聚合功能和5' - 3'外切酶活性， &亚基具有3' - 5'外切酶活性另外，全酶中还有ATP分子它是DNA聚合酶川催化第一个脱氧核糖核苷酸连接在RNA引物上所必需的， 其他亚基的功能尚不清楚在DNA复制叉处要能由两套DNA聚合酶川在同一时间分别进行复 制DNA前导链和滞后链如果滞后链模板环绕DNA聚合酶川全酶，并 通过DNA聚合酶川，然后再折向与未解链的双链DNA在同一方向上， 则滞后链的合成可以和前导链的合成在同一方向上进行。

已宪戍鬧冑醐片巫 RHA引物由DWA聚合樹取他側人连援禹封闭缺口D N A链的延伸过程这样，当DNA聚合酶川沿着滞后链模板移动时，由特异的引物酶 催化合成的RNA引物即可以由DNA聚合酶川所延伸当合成的DNA链 到达前一次合成的冈崎片段的位置时，滞后链模板及刚合成的冈崎片断便从DNA聚合酶川上释放出来这时，由于复制叉继续向前运动， 便产生了又一段单链的滞后链模板，它重新环绕DNA聚合酶川全酶， 并通过DNA聚合酶川开始合成新的滞后链冈崎片段通过这样的机 制，前导链 的 合 成不会超过 滞后 链太多（ 最后只有一个冈 崎片 段的 长 度）而且，这样引发体在DNA链上和DNA聚合酶川以同一速度移动按上述DNA复制的机制，在复制叉附近，形成了以两套DNA聚合 酶川全酶分子、引发体和螺旋构成的类似核糖体大小的复合体，称为 DNA复制体（replisome）复制体在DNA前导链模板和滞后链模板上 移动时便合成了连续的DNA前导链和由许多冈崎片段组成的滞后链 在DNA合成延伸过程中主要是DNA聚合酶川的作用当冈崎片段形成 后，DNA聚合酶I通过其5' f 3'外切酶活性切除冈崎片段上的RNA引 物，同时，利用后一个冈崎片段作为引物由5' f 3'合成DNA。

最后两 个冈崎片段由DNA连接酶将其接起来，形成完整的DNA滞后链 三 ）DNA 复 制 的 终 止过去认为，DNA 一旦复制开始，就会将该DNA分子全部复制完毕， 才终止其DNA复制但最近的实验表明，在DNA上也存在着复制终止 位点，DNA复制将在复制终止位点处终止，并不一定等全部DNA合成 完毕但目前对复制终止位点的结构和功能了解甚少在NDA复制终止 阶段令人困惑的一个问题是，线性DNA分子两端是如何完成其复制的？ 已知DNA复制都要有RNA引物参与当RNA引物被切除后，中间所遗 留的间隙由DNA聚合I所填充但是，性分子的两端以5' f 3' 为模板的滞后链的合成，其末端的RNA引物被切除后是无法被DNA聚 合酶所填充的在研究T7DNA复制时，这个问题部分地得到了解决T7DNA两端 的DNA序列区有160bp长的序列完全相同而且，在T7DNA复制时， 产生的子代DNA分子不是一个单位T7DNA长度，而是许多单位长度的 T7DNA首尾连接在一起T7DNA两个子代DNA分子都会有一个3'端单 链尾巴，两个子代DNA的3'端尾巴以互补结合形成两个单位T7DNA 的线性连接然后由DNA聚合酶I填充和DNA连接酶连接后，继续复 制便形成四个单位长度的T7DNA分子。

这样复制下去，便可形成多个 单位长度的T7DNA分子这样的T7DNA分子可以被特异的内切酶切开， 用DNA聚合酶填充与亲代DNA完全一样的双链T7DNA分子在研究痘病毒复制时，发现了线性DNA分子完成末端复制的第二 种方式痘病毒DNA在两端都形成发夹环状结构DNA复制时， 性分子中间的一个复制起点开始，双向进行，将发夹环状结构变成双 链环状DNA然后，在发夹的中央将不同DNA链切开，使DNA分子变 性，双 链分开这 样，在 每个分子两端形成一个单链尾端要以自我互 补，形成完整的发夹结构，与亲代DNA分子一样在真核生物染色体 线性DNA分子复制时，尚不清楚末端的复制过程是怎样进行的也可 能像痘病毒那样形成发夹结构而进行复制但最近的实验表明，真 核 生物染色体末端DNA复制是由一种特殊的酶将一个新的末端DNA序列 加在刚刚完成复制的DNA末端这种机制首先在四膜虫中发现该生 物细胞 的线性DNA分子 末端有30-70拷贝的5'TTGGGG3'序列，该细 胞中存在一种酶可以将TTGGG前列加在事先已存在的单键DNA末端 的TTGGG前列上这样有较长的末端单链DNA 可以被引物酶重新 引发或其他的酶蛋白引发而合成RNA引物，并由DNA聚合酶将其变成 双链DNA 这样就可以避免其DNA随着复制的不断进行而逐渐变短。

在环状DNA的复制的末端终止阶段则不存在上述问题环状DNA 复制到最后，由DNA拓扑异构酶U切开双链DNA将两个DNA分子分 开成为两个完整的与亲代DNA分子一样的子代DNA。