DNA半保留複製

         

DNA半保留複製

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DNA 半保留複製是：DNA 在進行複製的時候鏈間氫鍵斷裂，雙鏈解旋分開，每條鏈作為模板在其上合成互補鏈，經過一系列酶（DNA聚合酶、解旋酶、鏈接酶等）的作用生成兩個新的DNA分子。 子代DNA分子其中的一條鏈來自親代DNA ，另一條鏈是新合成的，這種方式稱半保留複製。

目錄

簡介

DNA 半保留複製是：DNA 在進行複製的時候鏈間氫鍵斷裂，雙鏈解旋分開，每條鏈作為模板在其上合成互補鏈，經過一系列酶（DNA聚合酶、解旋酶、鏈接酶等）的作用生成兩個新的DNA分子。 子代DNA分子其中的一條鏈來自親代DNA ，另一條鏈是新合成的，這種方式稱半保留複製。

半保留複製的意義：遺傳穩定性的分子機制。

主要特徵

從美國科學家沃森（J.D.Waston）和英國科學家克里克 （F.Crick）建立DNA結構的雙螺旋模型開始，關於DNA複製原理的輪廓就已經誕生，正如他們二人給《Nature》雜誌的第一封信中所寫：「我們並沒有忽視，從我們所架設的特異的配對方式可以提出一個關於遺傳物質可能的複製機制的建議來」。然而，實際的過程卻遠為複雜，至今人們對於複雜的DNA複製過程還沒有了解清楚。DNA複製過程的複雜性在於：

（1）複製過程需要能量供應以解開雙螺旋鏈；

（2）已經解開的單鏈也可能產生鏈內鹼基配對；

（3）一種酶只能催化有限的物理化學反應；

（4）複製過程必須設計若干安全保障以防止複製的錯誤，並糾正已發生的錯誤（儘管極少）；

（5）巨大的DNA分子特別是環形分子給複製帶來許多幾何學的問題，比如E.coli複製速度為105bp/分，如果DNA模板以此速度解旋的話，則相當於每小時開70英里的汽車引擎轉動的速度；

（6）對於所有含有雙螺旋DNA的生物有機體，並沒有單一的可以普遍適用複製的機制。然而，各種生物的DNA複製還是有共同點的，例如新生的DNA鏈總是按A、T，G、C這樣的鹼基配對規律與母體互補，新生的DNA鏈的單體總是由DNA聚合酶一個一個地加在這條新生鏈的3'-OH末端。

DNA的半保留複製

沃森和克里克最早提出DNA的半保留複製機理,就是在複製過程中各以雙螺旋DNA的其中一條鏈為模板合成其互補鏈，新生的互補鏈與母鏈構成子代DNA分子。

這一假說於1957年得到Matthew Meselson和Franklin Stahl所設計的精巧的實驗所證實 。

這一實驗有力地支持了半保留複製的假說,它不但否定了全保留複製假說，而且也排除了彌散複製假說。所謂彌散複製就是說子代DNA的每一條鏈都是由親本鏈的片斷與新合成的片斷隨機拼接而成。

第二節 複製原點、方向和方式

很多實驗都證明了複製是從DNA分子上的特定位置開始的，這一位置叫複製原點，常用ori或O表示。例如大腸桿菌的複製原點位於ilv基因附近，是一個包括大約245bp的一個區段。現已證明，除fd組的噬菌體以外，許多生物的複製原點都是雙螺旋DNA呼吸作用強烈的區段，即經常開放的區段(frequently opening region)，亦即富含A·T的區段。這一區段產生的瞬時單鏈與ssb蛋白(single-stranded DNA binding protein)結合，對複製的起始十分重要。在所有的原核生物中，複製都是從特定的位置開始的，迄今尚未發現例外。

複製原點的性質所決定DNA複製從特定位置開始，大多數雙向進行，也有一些單向的，或以不對稱的雙向方式進行的。

用遺傳學方法可以證明E coli的複製是從ilv基因附近開始，以雙向等速進行複製的。細菌染色體複製一次的時間相當於細胞繁殖一代所需要的時間。利用溫度突變種能使DNA複製同步進行。這種突變在25℃時能正常繁殖，而在42℃時雖能完成複製之中的DNA合成，但不能開始新的一輪複製。如果每個細菌從原點同時開始複製，在一定時刻,靠近複製原點的基因複製得多些，而遠離複製原點的基因就複製得少些。假如複製是單向進行的，基因頻率在基因圖上呈單向梯度，最高頻率的基因和最低頻率的基因應該是連鎖的(因為是雙鏈環狀染色體)。如果是雙向複製，基因頻率將以O點為中心出現雙向梯度。測定了E-coli的許多基因頻率，發現是以ilv為中心雙向下降。這說明E coli的複製原點在ilv基因附近。

噬菌體μ能插入大腸桿菌染色體上不同的位置，而噬菌體λ只能插入一個特定的位置。在對數生長期可以測定噬菌體μ和k的數量。實驗結果表明,噬菌體μ插入到ilv附近，不論是在右邊或左邊，相對產量都是最高,而插入ilv的180°的位置，產量最低。從這個實驗可以得出結論：E.coli DNA的複製從ilv基因開始，雙向等速進行，用放射自顯影方法也可以得到有關複製原點和方向的資料。

用電子顯微鏡觀察噬菌體T7DNA複製，總是在離一端17%處出現一個複製眼,然後向兩邊伸展。實驗表明，真核生物DNA的複製也是從特定位置開始，以雙向等速進行，只不過是一個DNA分子上有許多個特定的複製原點。 也有一些例外的情況。例如在枯草桿菌中，複製從原點開始雙向複製，但兩個複製叉的移動不對稱，一個移動1/5的距離便停下來，然後另一個複製叉走完4/5的距離。

質粒R6K複製的早期是單向進行的，可是這一複製叉在離起點1/5處停下來，然後從相反的方向啟動第二個複製叉。

線粒體DNA的複製也是不對稱的，DNA雙鏈中的一條先複製成雙鏈環態，而另一條親本鏈被置換出來成為單鏈狀態，叫做置換嚕噗，又叫D嚕噗（displacement loop)。一條鏈複製67%，另一條鏈才開始複製。這一複製方式的生物學意義還不太清楚。

質粒ColE1的複製完全是單向的。從體內或體外系統中分離到的複製中間體，其一個「複製叉」（其實就是複製原點）總是離開EcoRI切點17%左右，而另一個複製叉離開EcoRI切點的距離卻是可變的。因此ColEI的複製是從特定位置開始，單方向進行。

DNA半保留複製運用的游離的某一種鹼基遵循2的n次方-1。