分類
(一)原核細胞的DNA複製
DNA複製是一個連續的過程,為了便於理解,可將其劃分為起始、延伸和終止三個階段,現以大腸桿菌為例對該過程進行介紹。
1.起始 E.coli的環形DNA分子上有一個固定的複製起始點(origin C,Ori C),可被多種特定的蛋白因子和酶準確識別並結合從而形成起始複合物。解鏇酶能將DNA雙鏈局部解開,形成Y形複製叉(replication fork);然後在RNA聚合酶的作用下,以DNA鏈為模板,沿5’→3’方向合成一小段RNA引物以引導複製。複製往往是從複製起點開始同時向兩個相反方向進行,即雙向複製(bidirectional replication)。
2.延伸 以複製點一側的DNA複製為例。在RNA引物的引導下,DNA聚合酶催化子鏈沿5’→3’方向延伸。在3’→5’模板鏈上,DNA新鏈按鹼基互補原則沿5’→3’方向連續複製,合成的子鏈稱為前導鏈(leading strand)。而在5’→3’模板鏈上,DNA新鏈合成的方向與解鏈方向相反,需分段進行;這些先合成的、短的DNA片段稱為岡崎片段(Okazaki fragment),岡崎片段經DNA連線酶連線形成的子鏈稱為後隨鏈(lagging strand)。前導鏈DNA的合成是連續的。而後隨鏈則不連續,這種複製方式稱為半不連續複製(semi—discontinuous replication)。
3.終止 RNA酶水解RNA引物,並使新鏈繼續延伸.填補引物水解後留下的空隙。最後在DNA連線酶作用下,將岡崎片段連線起來,完成DNA複製。複製完成後,一個親代DNA分子生成2個子代分子,且每個子代分子均由一條親代DNA鏈和一條子代DNA鏈組成,這種複製方式稱為半保留複製(semi-conservative replication)。
(二)真核細胞DNA的複製
真核細胞的DNA分子量大,通常與組蛋白結合形成核小體,並以染色質的形式存在於細胞核中,故真核細胞的DNA複製過程更為複雜,且速度較慢。
真核生物的DNA複製除了擁有與原核生物相似的特點——雙向複製、半保留複製和半不連續複製以外,還有其自身特點:①多起點複製,真核細胞的每個DNA分子有100~1000個複製起點,這些複製起點均能起始複製。②延伸速度慢,核小體的存在導致了DNA分子不易解鏈,從而影響了新DNA鏈的延伸。③RNA引物和岡崎片段小,真核細胞DNA複製時合成的RNA引物約為10個核苷酸,原核細胞則可達數十個;真核細胞的岡崎片段長100~200個核苷酸,而原核細胞的岡崎片段則是由1000~2000個核苷酸組成。④DNA聚合酶不同,真核細胞有五種不同的DNA聚合酶,其中起主要作用的是聚合酶α及δ,聚合酶α的功能是起始複製,而δ則主要負責延伸子鏈。⑤複製完成前不能開始下一輪複製,真核細胞的DNA複製全部完成前,各複製起點不能開始下一輪的DNA複製,而快速生長的原核細胞則可在起始點處連續開始新一輪的複製。
特點
(一)半保留複製
關於DNA分子是如何複製的,在早期的研究中,科學家們提出了三個模型——全保留複製模型、半保留複製模型和彌散複製模型。
在全保留複製模型中,DNA分子解鏇形成兩條模板鏈,模板鏈複製形成子鏈,然後兩條模扳鏈DNA彼此結合,恢復原狀,新合成的兩條子鏈彼此互補結合形成一條新的雙鏈DNA分子。
在半保留複製模型中,DNA分子解鏇形成兩條模板鏈,模板鏈複製形成子鏈,然後兩條模板鏈分別與新合成的子鏈組成子代DNA分子。
在彌散(分散)複製模型中,親代雙鏈被切成雙鏈片段,而這些片段又可以作為新合成雙鏈片段的模板,新、老雙鏈片段又以某種方式聚集成“雜種鏈”。
圖4—1給出了三種DNA複製的模型。最終,科學家證明DNA複製的方式為半保留複製。
(二)半不連續複製
DNA雙螺鏇由兩條方向相反的單鏈組成,複製開始時,雙鏈打開形成一個複製叉。兩條單鏈分別作為模板,各自合成一條新的DNA鏈。由於DNA分子中一條鏈的走向是5’→3’方向,另一條鏈的走向是3’→5’方向,而且生物體內的DNA聚合酶只能催化DNA從5’→3’的方向合成。所以DNA複製時,其中一條鏈是連續合成的,另外一條鏈是不連續合成的。