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科鉴基因亲子鉴定之DNA的半保留复制

    DNA复制,是指以亲代DNA分子为模板合成一个新的子代DNA分子的过程。Watso四和Crick在提出DNA的双螺旋结构模型时就推论生物体内的DNA是以半保留复制方式进行复制的。后来,MeselsonStahl用同位素15N标记亲代DNA的办法,以试验证实了WatsonCrick的推论。在DNA双链中,两条多核苷酸链的碱基互补,所以,在DNA复制过程中,两条多核苷酸链间的氢键断裂后,每条单链都可以作为模板,用于合成新的互补链。予代细胞出现的新的DNA双链,其中一条是从亲代完整地接受过来的,另一条是新合成的且与亲代链按碱基配对原则互补。因此,两个子代细胞的DNA双链,都和亲代细胞DNA序列完全一致。这种复制方式叫作半保留复制(semi - conservative replication)。遗传信息按这种方式准确地从亲代传给子代。

    DNA的复制大致上分三个步骤:复制的起始,延长和终止。

     (一)DNA复制的起始

    复制的起始,是指参与复制的蛋白质识别复制起点,合成引物,在复制起点形成活性的引物模板复合物,并按碱基配对原则加上第一个核苷酸。

    DNA复制在DNA分子上特定的起始点开始,称为复制起点。DNA复制从起始点开始双向进行,每个复制起点的左右各有一个终点,一个起点和它的两个终点组成一个复制单位,复制单位大小约7~ 30luln。真核生物在同一条DNA上有许多复制起点'由解链酶借助ATP的能量解开DNA双链。每个复制单位的双链被解开,形成一个“眼睛形”,在电镜下可以看到复制单位的两侧各有一个成叉状的复制又( replication fork),如同眼睛的两个眼角。当两个复制单位的眼角碰到一起,即两个复制单位的复制终点。解开双链除解链酶外,还有引物酶及其他复制因子,AIP提供能量,主要用于使维持碱基配对的氢键断裂。

    引物酶按碱基配对的规律合成RNA引物,故又称RNA聚合酶。引物的长度有十几个到几十个核苷酸不等,引物合成的方向是自5端至3端,因此已合成的引物必然保留一个3-OH末端。在DNA聚合酶的作用下,新链的第一个脱氧核苷酸就加到OH3′一末端上,形成磷酸二酯键。已聚合入引物链的脱氧核苷酸自然还保留自己的3OH末端,此时,复制叉的形状初步具备。

    双链解开后,还须保持开链状态,使新加入的核苷酸有模板作为依据。单链DNA结合蛋白结合于开放的单链上,起稳定和保护单链模板的作用。

    (二)复制的延长

    1DNA聚合酶DNA聚合酶的作用是在引物上逐个加入dNIP,使新链不断地延长,化学反应式如下:(dNMP)n+d1.1TP+(dNMP)。.+PPi。引物链寡核苷酸的3′端一OH基与三磷酸脱氧核苷心册的仅磷酸基反应生成3′,5 ′—磷酸酯键,dNTP上的β和γ磷酸基游离而生成焦磷酸PPi。合成新链末端又出现新的3′端一OH,可使下一个核苷酸加入进去。

    DNA复制一共有5DNA聚合酶参与:α、β、γ、δ和ε。DNA聚合酶除聚合活性外,还有核酸外切酶活性。外切酶具有方向性,3′→5′外切酶活性能够辨认并水解引物链3′端错  配的核苷酸,同时利用DNA聚合酶活性补回正确配对的核苷酸,使复制继续。DNA聚合酶  的这种功能叫做即时校读(proofread),对于保持复制的准确性,减少碱基错配起到重要作  用,据估计,DNA半保留复制中碱基错配率大约为1×109

    2.引物链延伸母链解开后两股单链均作为模板,聚合酶指引单核苷酸加入新链。由于DNA双链的走向相反,一链是5′端至3′端,其互补链为3′端至5′端,解链后,两股单链在复制又上的方向也是相反走向。由于复制过程中引物延伸方向总是5′端向3′端,故领头锭 (leading strands)可以顺着解链方向延伸,但随从链(lagging strands)复制方向与解链方向相反,不能顺着解链方向连续延长,必须等待下一段暴露出足够长度的单链时,随从链才能开  始延伸,所以,这股链不可能连续地复制。用电镜观察DNA复制过程,发现复制中DNA  制又中有一股出现一些不连续的片段,至复制过程即将完成,这些片段才互相汇合。研究证  明,随从链的复制是由引物酶分段生成RNA引物,在各段引物的基础上分段延长。这种复制中的不连续片段叫做冈崎片段(Okazaki fragments)

    (三)复制的终止

    DNA连接酶在复制的最后阶段起作用,把片段间留下的小缺口通过生成磷酸二酯键结合起来,成为真正的DNA子链。不仅随从链的冈崎片段需要连接,领头链同样也有引物水解留下的空隙需要填补。此外,DNA复制的同时,几乎与染色体蛋白,包括组蛋白类及非组蛋白类的合成同步进行。DNA复制完成后,随即装配成核蛋白并组成染色体。

   

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