半不连续复制

         

半不连续复制

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半不连续复制是指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后随链上是由间断合成的短片段连接而成的，不连续的，故称为半不连续复制。DNA复制的最主要特点是半保留复制，另外，它还是半不连续复制(Semidiscontinuous replication)。半不连续模型是DNA复制的基本过程。

目录

综述

问题的提出

DNA两条链反向平行，一条链走向为5‘→3‘，另一条链也为5‘→3‘，但与复制叉移动方向相反，但所有DNA聚合酶合成方向都是在引物3‘-OH上合成，使链从5‘→3‘延长，那么5‘→3‘链是如何同时作为模板复制呢？

1968年冈崎提出DNA不连续复制模型（P418图34-18），认为新合成的3‘→5‘走向的DNA链实际上是有许多5‘→3‘方向合成的DNA片断连接起来的。

DNA半不连续复制

DNA复制时，以3‘→5‘走向为模板的一条链合成方向为5‘→3‘，与复制叉方向一致，称为前导链；另一条以5‘→3‘走向为模板链的合成链走向与复制叉移动的方向相反，称为后随链，其合成是不连续的，先形成许多不连续的片段（冈崎片段），最后连成一条完整的DNA链。

DNA合成由RNA引物引发

DNA聚合酶不能发动新链的合成，只能催化已有链的延长；RNA聚合酶则不同，只要有模板存在，不需引物，就可以合成新RNA链。因此在体内先由RNA聚合酶合成RNA引物，DNA聚合酶再从RNA引物的3‘-OH端开始合成新的DNA链。催化RNA引物合成的酶称为引物合成酶。

引物长度通常只有几个~10多个核苷酸，冈崎片断合成也需要引物。RNA引物的消除和缺口填补是由DNA聚合酶Ⅰ完成的，最后由DNA连接酶连接。

DNA复制的复杂性保证了复制的高度忠实性

E.coli复制时，每个碱基对错配频率为10-9（10的负9次方）~10-10（10的负10次方），是高保真系统。

新DNA链合成时需引物，引物后又要切除，再以DNA链取代，DNA聚合酶在合成时还有校对功能，每引入一个核苷酸都要复查一次，未核实则不能继续进行聚合反应。

在复制过程中还有许多辅助蛋白，E.coli就至少有15种。复制叉的复杂结构进一步提高复制准确性。

DNA复制还存在正调控和负调控，调控分子可以是蛋白质，也可以是RNA。

特点

（一）复制叉由5’向3’方向连续复制，称为前导链；另一条链复制叉由3’向5’移动，而DNA复制方向不变，形成许多不连续片段，称为冈崎片段，最后连接成完整的DNA，称为滞后链。

（二）首先由引物合成酶由5’向3’方向合成10个核苷酸以内的RNA引物，然后聚合酶III在引物3’-羟基上合成DNA，再由聚合酶I切除引物，填补空白，最后DNA连接酶将冈崎片段连接起来，形成完整DNA。

（三）复制具有高度忠实性，其错配几率约为10-10（10的负10次方），从热力学上考虑，碱基发生错配的几率约为10-2（10的负2次方），酶对底物的选择作用和校正作用各使错配几率下降10-2（10的负2次方），所以体外合成DNA的错配几率为10-6（10的负6次方）。体内复制叉的复杂结构提高了复制的准确性，修复系统对错配加以纠正，进一步提高了复制的忠实性。

冈崎片段

冈崎片段：相对比较短的DNA链（大约1000核苷酸残基），是在DNA的滞后链的不连续合成期间生成的片段，这是ReijiOkazaki在DNA合成实验中添加放射性的脱氧核苷酸前体观察到的。

DNA复制过程中,2条新生链都只能从5端向3端延伸,前导链连续合成,滞后链分段合成.这些分段合成的新生DNA片段称冈崎片段.细菌冈崎片段长度1000-2000核苷酸,真核生物冈崎片段长度100-200核苷酸.在连续合成的前导链中,U-糖苷酶和AP内切酶也会在错配碱基U处切断前导链.

任何一种DNA聚合酶合成方向都是从5'向3'方向延伸，而DNA模板链是反向平行的双链，这样在一条链上，DNA合成方向和复制移动方向相同（前导链），而在另一条模板上却是相反的（后滞链）。那么在复制叉中新链是如何合成的呢？1968年冈崎（Okazaki）及其同事进行了一系列实验，回答了这一问题。

相关实验

脉冲标记实验（pulse-labelingexperiment）。以E.coli为材料，在培养时，培养基中加入同位素[3H]标记的dTTP，经30秒后，DNA刚开始复制，分离DNA，然后在碱中沉淀，变性，让新合成的单链和模板链分开，再用CsCl密度梯度离心，以沉降的快慢来确定片段的大小，再检测放射标记，结果表明被3H标记的片段，也就是新合成的片段，沉淀系数为20S左右，即都是长1000~2000Nt的DNA片段，而亲本链要比它大20~50倍；第二组实验是脉冲追逐实验。

目的是检测早期合成的DNA片段以后的命运又是如何的？是依然如旧的短片段，还是连接成了长片段。这个实验是先进行标记培养30秒，以后除去同位素继续培养几分钟，再分离DNA在碱中沉淀，检测结果。先合成的（带标记）的DNA不再是短片段，而和总DNA的情况相似，沉淀系数为70S~120S较长的片段，这意味着刚开始合成的片段都是短片段，以后再连接成长片段，人们就把最初合成的短片段称为冈崎（Okazakifragment）。

由于这个实验的结果使得人们普遍认为：无论是前导链还是后滞链都是先合成小片段，然后在连成大片段，称为“不连续复制“（discontinuousreplication）。然而由模型预测应该只有一半放射标记存在于小片段中，但实验的结果却全部是小片段DNA，为什么从前导链模板的3′-OH端延伸会不连续合成呢？人们在思考这个问题。1978年Olivera提出了半不连续（semidiscontinuous）复制模型，也就是说前导链上的合成是连续的，只有后滞链上的合成才是半连续的。