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人类首次拍摄DNA复制过程,DNA复制方式遭改写

环球科学  · 公众号  · 科学  · 2017-06-26 17:16

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利用复杂的成像技术和荧光染料,研究人员观察到来自大肠杆菌的单个DNA分子的复制,并且实时测量了DNA聚合酶完成这一过程的速度。



CREDIT: JAMES GRAHAM, UC DAVIS

DNA 复制基础

DNA双螺旋是由方向相反的两条DNA单链组成的。每条单链都是由四种碱基(A、T、C和G)组成,并按照碱基互补配对原则形成DNA双链。

DNA开始复制时,解旋酶(helicase)首先将DNA双链解开为两条单链。而后,引发酶(primase)将引物附着到每条单链上,令DNA复制得以进行。随后,DNA聚合酶(polymerase)结合到引物上并沿着DNA单链移动,添加新的碱基以形成新的DNA双螺旋。

复制体(replisome)则是由解旋酶、引发酶和DNA聚合酶全酶组成的复合体。


由于DNA双螺旋中的两条单链方向相反,而DNA聚合酶只能定向的往前一个碱基的羟基后加上下一个碱基,因此DNA聚合酶在两条单链中的作用有别。在与复制叉(replication fork,即DNA双链解旋位置)移动方向一致的前导链(leading strand)中,DNA聚合酶能持续移动,在其身后形成一连串新的DNA双链。而在滞后链(lagging strand)中,由于复制方向相反,DNA聚合酶必须先结合到滞后链上并产生较短的双链DNA片段(即冈崎片段,Okazaki fragment)相当于一段引物,而后脱落下来再重新开始这一系列步骤。这一过程即DNA回环复制模型。

当前,人们普遍认为前导链和滞后链上的DNA聚合酶在某种程度上会进行配合,以至于一条单链的复制不会领先于另一条单链。







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