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浅谈DNA复制

一、DNA复制方式

DNA复制发生在所有生物体中,是生物遗传的基础,对于生物的进化来说具有十分重要的意义。DNA复制是指DNA双链在细胞进行分裂以前进行的复制过程,即从一个原始的DNA分子产生两个相同DNA分子的过程。DNA复制是通过边解旋边复制,以及被称作半保留复制的机制来进行的。

二、DNA复制所需要的物质

  1. 原始的DNA模板——DNA的双螺旋结构表示DNA是由两条互补的单链组成。在复制过程中,每个单链都可以用来作为模板来生成另一半新的DNA链。
  2. 游离的脱氧核糖核苷酸——用来组成新的DNA单链。
  3. 酶——用来解除DNA的双螺旋结构,以及聚合游离的脱氧核糖核苷酸。
  4. 引物——一段用来从3'端开始复制过程的DNA序列。

三、DNA复制的过程

1.解旋

DNA复制始于DNA分子中的特定位置,这个位置称为复制起点。一旦确定了复制起点,DNA分子就会在解旋酶的作用下解开双螺旋结构,形成复制叉。

DNA分子中存在四种含氮碱基,分别是腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T)。四种碱基之间存在着互补配对原则,即腺嘌呤与胸腺嘧啶配对(A-T),鸟嘌呤与胞嘧啶配对(G-C)。

碱基对之间形成的氢键将两条DNA单链连接起来,形成DNA的双螺旋结构。在复制开始后,DNA双链从复制起点开始,在解旋酶的作用下,破坏碱基之间存在的氢键,从而解除双螺旋结构。解旋的过程是在DNA分子中多个地点同时进行的。

2.复制及延伸

两条DNA单链的复制过程有所差异,按照复制方向的不同,可以分为前导链和后随链。之所以存在这种差异,是因为在DNA打开双螺旋结构以后,两条单链复制的方向不同。前导链从复制起点开始,按照5'-3'的顺序,在DNA聚合酶的作用下,将游离的脱氧核糖核苷酸按照碱基互补配对的原则持续的添加到DNA单链上;由于DNA聚合酶只能以5'-3'的方向聚合DNA子链,所以后随链的复制只能以一小段一小段的方式进行复制,小段之间用DNA连接酶进行连接。无论是前导链还是后随链,它们都需要一段引物来合成初始的子链DNA。

3.终止

与复制起点类似,DNA复制过程终止于特定的基因位点,即复制终止位点。当该位点的序列与蛋白质识别并结合后,复制过程停止,新形成的两条DNA子链分别与亲代DNA的一条单链扭曲起来形成双螺旋结构。

四、DNA复制的特点

1.半保留复制

DNA在复制时,以亲代DNA的每一条单链为模板,同时合成两条与亲代DNA单链互补的子链,每一个子代DNA双链中,都含有一条亲代DNA单链,两个子代DNA与亲代完全相同,这种现象称为半保留复制。

2.存在特定的复制起点

DNA在复制时,需要在特定的位点开始,这是一些由核苷酸按照一定顺序排列而成的特定片段,称为复制起点。

3.需要引物

DNA聚合酶必须以RNA作为引物,才能开始复制形成子代DNA链。

4.双向复制

DNA复制时,以复制起点为中心,向两个方向进行复制。

5.半不连续复制

DNA聚合酶只能以5'-3'的方向聚合子代DNA链,因此在DNA打开双螺旋结构后,以两条亲代DNA单链为模板形成子代DNA链时的方向是不同的。一条被称作前导链,一条被称作后随链。前导链在DNA聚合酶的作用下,按照5'-3'的方向,持续的将游离的脱氧核糖核苷酸添加到子链上。而后随链只能以一小段一小段的方式进行复制,然后将这些片段连接起来。

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