遗传物质DNA的复制合成

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Synthesis and Replication of DNA

He Qinglan；Suo Hongjun

（①陕西省农业广播电视学校渭南市分校，渭南 714000；②陕西渭南师范学院，渭南 714000）

（①Shaanxi Agriculture Broadcasting and Television School Weinan Branch，Weinan 714000，China；

②Weinan Teachers College，Weinan 714000，China）

摘要： 文章结合相关的酶，介绍了DNA复制的性质、DNA复制过程的4个逻辑阶段以及DNA复制过程出现异常或损伤后的修复，为熟悉细胞分裂过程中信息遗传提供帮助。

Abstract: The articles described the nature of DNA replication, the four logical stages of DNA replication process and the repair after the abnormal situation and damage of DNA replication. It maybe help with the genetic information during cell division.

关键词： DNA 复制 性质 过程 修复

Key words: DNA；replication；nature；process；repair

中图分类号：Q31 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0316-01

0引言

DNA是一种遗传物质，它的主要作用是复制存储遗传信息和把信息表达为其他分子产物，这些作用使dna具备了遗传物质的职能[1]。自我复制是DNA分子最重要的属性。

1DNA的复制性质

1.1 半保留复制在DNA复制时，亲代的每一条链均可作为模板合成一条新链。一条来自亲代的旧链与一条新链以氢键相连，形成子代双链DNA。

1.2 复制的起始点与方向DNA复制时，在亲代的一个特定区域内双链打开，随之以双链为模板复制生成两个子代DNA。开始时复制起始点呈现一叉形（或Y形），称为复制叉，随着复制进行，复制叉向前移动。DNA复制要从DNA分子的特定部位复制起始点开始。在原核生物中复制起始点常位于染色体的一个特定部位，即只有一个起始点。真核生物有多个复制起点。复制的方向可以有三种：其一是从两个起始点开始，各以相反的单一方向生长出一条新链。其二是从一个起始点开始，以同一方向生长出两条链。其三是从两个起始点开始，沿两个相反的方向各生长出两条链，形成两个复制叉，这种方式最为常见，称为双向复制。

1.3 半不连续复制DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为5′～3′，另一条母链的方向为3′～5′。DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。在以3′～5′方向的母链为模板时，复制是连续进行的。但另一条母链以3′～5′方向作为模板，复制合成一条5′～3′方向的随从链，因此随从链的方向是与复制叉的行进方向相反的。随从链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，即冈崎片段[2]，最后各段再连接成为一条长链。

2DNA复制的过程

DNA复制的过程分四个阶段。分别为超螺旋的构象变化及双螺旋的解链阶段、引发阶段、DNA链的延长阶段和终止阶段[3]。

2.1 螺旋的松弛与解链当DNA分子进行复制时，首先要将超螺旋解旋成DNA双螺旋形，然后再解链、合成单链。这个过程参与者主要为拓扑异构酶、解链酶及单链结合蛋白等。在DNA复制时，复制叉行进的前方DNA分子总是产生超螺旋，拓扑异构酶松弛超螺旋，引入负超螺旋，使复制叉行进及DNA的合成。其过程是将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松弛超螺旋的方向转动，然后再将切口封起，为DNA分子解链后进行复制及转录作好准备。

DNA复制进行时，首先要在复制起点处解开双链。大部分的解链酶在复制叉的进行中连续地解开DNA双链，它们与随从链的模板相结合，沿着模板的5′3′方向沿复制叉的进行而移动。只有rep蛋白是结合在前导链的模板上，沿模板的3′5′方向移动，所以在DNA复制时，一些解链酶与rep蛋白可能是分别在两条DNA母链上协同发挥作用，以解开双链。单链结合蛋白与解开的DNA单链相结合，稳定此单链以利于其发挥模板作用。单链结合蛋白也与复制新生的DNA单链相结合，以保护其免于被核酸酶水解。

2.2 引发DNA复制时，有引物RNA的合成。前导链的引发较简单，在引发酶催化下，有一个短的RNA引物合成，继而从RNA引物的3′末端开始连续进行DNA链的合成。随从链的合成是不连续的，在引发酶及引发前体的作用下以DNA为模板按碱基互补规律，加入核苷酸从5′3′方向合成RN段。引发前体沿随从链的模板顺着复制叉的行进方向移动，连续地与引发酶联合并解离，在不同部位引导引发酶催化合成RNA引物。这也为随从链的不连续合成准备了条件。

2.3 DNA链的延长DNA链的延长是在DNA聚合酶催化下，以四种三磷酸脱氧核苷为原料，进行的聚合作用。聚合作用是自引物的3′-OH端上开始，以5′3′方向逐个加入脱氧核苷酸，使DNA链延长。经过了链延长阶段后，合成出的前导链为一条连续的长链。随从链则是由合成出许多相邻的片段，在连接酶的催化下，各相邻的DN段以3′5′磷酸二酯键相连接，成为一条长链。

2.4 终止终止区，在此区中包括有5个ter序列，其核心序列为GTGTGTGT，它们可以和Tus蛋白结合，阻止了解链酶发挥作用，促使复制的终止。DNA复制完毕后，在拓扑酶作用下，引入超螺旋结构，进行进一步的装配。

3DNA的修复

3.1 DNA复制过程中的校正修复DNA复制过程中会发生错误的，这可以由DNA聚合酶来修正错误。例如在大肠杆菌DNA复制过程中，如果有错误核苷酸掺入，DNA聚合暂时停止催化聚合作用，而是由DNA聚合酶的3′5′外切酶活性切除错误的碱基，然后继续再催化正确的聚合作用。所以DNA聚合酶的校对作用是DNA复制中的修复形式，可使错配率下降至10-6。

3.2 DNA的损伤修复修复是指针对已发生了的缺陷而施行的补救机制，DNA的修复机制的有数种方式，有光修复、切除修复、重组修复、SOS修复等，其中以切除修复最为重要。切除修复主要有以下几个阶段：核酸内切酶识别DNA损伤部位，并在5＇端作一切口，再从5＇端到3＇端方向切除损伤；然后以损伤处相对应的互补链为模板合成新的DNA单链片断以填补切除后留下的空隙；最后再将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯链相接而完成修复过程。切除修复功能广泛存在于原核生物和真核生物中，也是人类的主要修复方式。啮齿动物先天缺乏切除修复的功能。

4结束语

DNA的复制与细胞的有丝分裂、减数分裂以及基因突变等内容有密切的联系，了解熟悉DNA的复制对于研究生物体的繁殖、生物病毒、变异、优良品种培育等都有非常重要的意义。本文只是简单介绍了DNA复制方面的一些概况，希望能对读者有所帮助。

参考文献：

[1]韩贻仁．分子细胞生物学[M]．北京：高等教育出版社，1992：287-293.

[2]郎红梅．DNA杂交与DNA指纹技术[J]．生物学通报，2006，11.

[3]王晓磊，郭建博，杨景亮．分子生物学在环境中的应用[A].中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第四卷）[C].2009.