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基因诊断与性病/DNA的复制
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{{Hierarchy header}} [[DNA]]作为遗传物质的基本特点就是能够准确地自我复制,而DNA的互补双[[螺旋结构]]对于维持这类遗传物质的稳定性和复制的准确性都是极为重要的。 (一)DNA复制的方式 从前面的内容可知,DNA是由两条互补的[[多核苷酸]]链组成的,其中一条链上的[[核苷酸]]排列顺序可以决定另一条链上的核苷酸顺序。据此推测,在复制过程中,首先DNA双螺旋的两条多核苷酸链之间氢键断裂,双链解开,然后每条链各自作为模板,以脱氧核糖核苷酸为原料,按照[[碱基配对]]规律,合成新的互补链。这样形成的两个[[子代]]DNA[[分子]]与原来的[[亲代]]DNA分子的核苷酸顺序完全相同。在此过程中,每个子代分子的一条链来自亲代DNA,另一条链则是新合成的。这种复制方式称为[[半保留复制]]。实验证明,DNA半保留复制的方式是正确的。由于DNA在[[代谢]]上的稳定性,经过许多代的复制,DNA分子上的[[遗传信息]]仍可传给后代。 (二)参与复制的[[酶类]] DNA的复制过程极为复杂,但其速度甚快,这是由于许多酶参与了复制过程。 1.DNA[[聚合酶]](DNApolymerase)。四种脱氧核糖核苷酸(dNTP,N代表A、T、G、C四种[[碱基]])是DNA合成的原料。在原有DNA[[模板链]]存在时,DNA聚合酶[[催化]]四种dNTP通过与模板链的碱基互补规律,合成新的DNA链,故此酶又被称为DNA指导的DNA聚合酶(DNa directed DNA polymerase,缩写为DDDP)。 值得注意的是,DNA聚合酶不能自行[[从头合成]]DNA链,而必须有一个原有的多核苷酸链作为[[引物]],DNA聚合酶只能在引物的3′末端上逐步合成DNA链。由此可见,DNA链的合成方向是从5′端至3′端进行的。 无论在[[原核细胞]]或[[真核细胞]]中,均存在着多种DNA聚合酶,它们的性质不完全相同。目前认为,在真核细胞中,DNA聚合酶α在复制中起关键作用,而DNA聚合酶β主要在DNA损伤的修复中起作用。 2. 引物酶。由于DNA聚合酶不能自行从头合成DNA链,因此在复制过程中首先需要合成一小段[[RNA]]的多核苷酸链作引物,在这段RNA引物的基础上引导DNA链的合成,催化RNA引物合成的酶是引物酶,实际上它是一种特殊的RNA聚合酶。 3.DNA[[连接酶]]。因为复制过程中,DNA链的合成方向只能由5′端→3′端方向进行,因此其中有一条新链的合成是不连续的。起初生成的是许多短链。需要DNA连接酶将它们连接起来。 4.参与DNA[[解旋]]、解链的酶及因子。已知DNA具有[[超螺旋结构]]。复制时必须松弛DNA模板的超螺旋结构,并使DNA的双链分开,暴露碱基,否则不可能在模板上按碱基配对原则合成新的互补DNA链。松驰模板DNA[[超螺旋]],分开双链主要由[[拓扑异构酶]],[[解链酶]]及DNA[[结合蛋白]]等来完成。 (三)DNA复制的过程 DNA复制大致可分为以下几个阶段。 1.起始与引物RNA的合成 DNA复制有固定的起始部位,在真核细胞DNA双链上有多个起始部位。复制时,解链酶等先使DNA的一段双链解开,形成复制点。这个复制点的形状象一个叉子,故称为[[复制叉]]。引物酶能辩认起始部位,并以四种[[核糖核苷酸]]为[[底物]],以解开的一段DNA链为模板,按5′-3′方向合成RNA片段。在这一阶段只合成了引物RNA,为DNA链的合成做好了准备工作。 2.DNA片段的生成 在细胞内,DNA的两条链都可作为模板,同时合成两条DNA链。由于DNA两条链是[[反向平行]]的,即一条链是5′→3′方向,而另一条链则是3′→5′方向。但是,DNA聚合酶催化DNA链的合成只能顺着5′→3′方向进行。因此,在新的DNA链中有一条连续合成的(称[[前导链]]),而另一条是[[不连续合成]]的(称随从链。在随从链合成过程中,先合成的是较短的片段(称为冈崎片段),然后将这些片段再连结起来,形成完整的DNA链。冈崎片段的合成方向仍然是5′→3′,反应直至下一个引物RNA的5′端为止。 3.RNA引物的水解 DNA片段合成一定长度后,链中的RNA引物被[[核酸酶]]水解而切掉。此时出现的缺口由DNA片段继续延长而填补。 4.完整的DNA分子的形成 相邻的两个DNA片段在DNA连接酶作用下连接起来,形成大分子DNA链,与其对应的模板DNA链一起生成子代双螺旋DNA,即完整的DNA分子。 DNA复制过程十分准确,极少发生错误,由此保证了子代DNA与亲代DNA分子完全相同,这是遗传稳定性的重要基础。某些因素可使DNA结构改变,则导致子代DNA结构的相应变化,称为遗传的[[变异]]。 {{Hierarchy footer}} {{基因诊断与性传播疾病图书专题}}
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