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岡崎片段是相對較短的DNA核苷酸序列(真核生物中大約有150到200個鹼基對長),它們的合成是不連續的,並隨後通過DNA連接酶連接在一起,形成DNA複製過程中的滯後鏈。

岡崎片段是20世紀60年代兩位日本分子生物學家、名古屋大學的一對校友夫婦岡崎令治和岡崎恆子共同發現的。[1]

目錄

DNA的半不連續複製

在DNA複製過程中,雙螺旋被解開,互補鏈被解旋酶分離,形成了所謂的DNA複製叉。在這個分叉之後,DNA引物酶和DNA聚合酶開始起作用,合成一個新的互補鏈。因為這些酶只能從5 '到3 '的方向工作,這兩個解開的DNA模板鏈以不同的方式複製。其中,前導鏈的模板鏈具有5 '至3 '的方向性,允許聚合酶沿着複製叉不間斷地組裝複製,所以前導鏈的複製是連續的。而滯後鏈的的複製是不連續的,因為它的模板鏈不具有5 '到3 '的方向性,這意味着聚合酶必須從複製叉向後工作,這導致後滯鏈的複製出現周期性中斷。引物酶和聚合酶向叉的相反方向移動,所以當DNA解旋酶將鏈解開後,酶必須反覆停止和重新開始複製。一旦新的片段形成,DNA連接酶就把它們連接成一條連續的單鏈。整個複製過程被認為是「半不連續的」,因為其中一條新鏈是連續形成的,而另一條則不是。原核生物和真核生物的DNA複製過程和方式是一樣的。

岡崎片段與半不連續複製

因為所有已知DNA聚合酶合成方向均是5』到3』方向,不是3』到5』方向,而DNA的兩條鏈是反向平行的,故在複製叉附近解開的DNA鏈,一條是5』到3』方向,另一條是3』到5』方向。那麼如何解釋DNA的兩條鏈是同時進行複製的呢?日本學者岡崎(Okazaki)等人1968年用3H脫氧胸苷短時間標記大腸桿菌,提取DNA,變性後用超離心方法得到了許多3H標記的DNA小片段,這些短的DNA片段被後人稱作岡崎片段。延長標記時間後,岡崎片段可轉變為成熟DNA鏈,因此岡崎片段必然是DNA複製過程的中間產物。

另一個用DNA連接酶溫度敏感突變株進行的試驗同樣證明了DNA複製過程中首先合成較小的片段。在連接酶不起作用的溫度下,發現有大量小DNA片段的積累,表明DNA複製過程中至少有一條鏈首先合成較短的片段,然後再由DNA連接酶鏈成大分子DNA。

前導鏈的連續複製和後滯鏈的不連續複製在生物界具有普遍性,故稱為DNA雙螺旋的半不連續複製。

生物學功能

新合成的DNA,即岡崎片段,由DNA連接酶結合,形成新的DNA鏈。當DNA合成時,會產生兩條鏈。前導鏈是連續合成的,並在此過程中被延長,以便用於後滯鏈(岡崎片段)複製的模板能夠暴露出來。在DNA複製過程中,後滯鏈中的DNA和RNA引物會被去除,方便與岡崎片段的結合。由於這個過程很常見,岡崎片段在完成一次DNA複製的過程中會成熟大約一百萬次。岡崎片段的成熟需要RNA引物在需要連接的片段上合成新片段,即用於後滯鏈合成的基本單元。在模板鏈上,聚合酶將以與複製叉相反的方向合成新鏈。一旦模板變得不連續了,就產生岡崎片段。岡崎片段成熟過程中的缺陷可能導致DNA鏈斷裂,並導致不同形式的染色體異常。染色體的這些突變可以影響染色體的外觀、染色體組的數量或單個染色體的數量。由於每個特定物種的染色體對都是固定的,所以它也能改變DNA並導致該物種基因庫出現缺陷。

原核生物和真核生物岡崎片段的差異

岡崎片段存在於原核生物和真核生物中。真核生物的DNA分子不同於原核生物的環狀分子,因為它們更大,通常有多個複製起點。這意味着每個真核細胞的染色體都是由許多具有多個複製起點的DNA複製單元組成的。相比之下,原核DNA只有一個複製起點。

原核生物和真核生物岡崎片段的長度也不同。原核生物的岡崎片段比真核生物的要長得多。真核生物的岡崎片段通常有100到200個核苷酸長,而原核大腸桿菌的片段可以有2000個核苷酸長。造成這種差異的原因尚不清楚。

原核細胞的複製發生在細胞質內部,所有複製子同時開始複製生成100到200多個核苷酸的岡崎片段。真核生物的DNA分子有大量的複製子,大約5萬個或更多。但是,複製不會同時發生在所有複製子上。在真核生物中,DNA複製發生在細胞核中。

原核細胞在結構上更簡單,它們沒有細胞核、細胞器,只有很少的DNA,以單個染色體的形式存在。真核細胞具有多細胞器的細胞核和較多排列在線性染色體中的DNA。此外,原核細胞和真核細胞的大小是另一個不同之處。真核細胞的DNA含量是原核細胞的25倍。原核細胞的複製比真核細胞快得多,細菌有時只需要40分鐘,而動物細胞則需要400分鐘。

真核生物在其最後的一個染色體末端存在一個獨特的複製端粒的操作子。原核生物的染色體是環狀的,沒有末端可以合成。原核生物的複製過程很短,而且是連續不斷的。而真核細胞只在細胞周期的s期進行DNA複製。

視頻

岡崎片段 相關視頻

ScienceWiz DNA公開課4_2複製泡和岡崎片段.
教授對比各國DNA發現,日本人的DNA序列,與中國人高度吻合

參考文獻

  1. 岡崎片段的發現 ,豆丁網 ,2012-05-06