生物化學(xué)與分子生物學(xué)/DNA復(fù)制的起始階段：
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(一)DNA復(fù)制的起始點(diǎn)
很多實(shí)驗(yàn)都證明：復(fù)制是從DNA分子上的特定部位開(kāi)始的，這一部位叫做復(fù)制起始點(diǎn)(originof replication)常用ori或o表示。細(xì)胞中的DNA復(fù)制一經(jīng)開(kāi)始就會(huì)連續(xù)復(fù)制下去，直至完成細(xì)胞中全部基因組DNA的復(fù)制。DNA復(fù)制從起始點(diǎn)開(kāi)始直到終點(diǎn)為止，每個(gè)這樣的DNA單位稱為復(fù)制子或復(fù)制單元(replicon)。在原核細(xì)胞中，每個(gè)DNA分子只有一個(gè)復(fù)制起始點(diǎn)，因而只有一個(gè)復(fù)制子，而在真核生物中，DNA的復(fù)制是從許多起始點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始的，所以每個(gè)DNA分子上有許多個(gè)復(fù)制子。
DNA復(fù)制起始點(diǎn)有結(jié)構(gòu)上的特殊性，例如：大腸桿菌染色體DNA復(fù)制起始點(diǎn)Oric由422個(gè)核苷酸組成，是一系列對(duì)稱排列的反向重復(fù)序列，即回文結(jié)構(gòu)(palindrome)，其中有9個(gè)核苷酸或13個(gè)核苷酸組成的保守序列，這些部位是大腸桿菌中DnaA蛋白識(shí)別的位置，大腸桿菌染色體DNA是環(huán)狀雙鏈DNA，它的復(fù)制是典型的“θ”型復(fù)制(由于形狀像希臘字母θ)。從一個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始，同時(shí)向兩個(gè)方向進(jìn)行復(fù)制，當(dāng)兩個(gè)復(fù)制方向相遇時(shí)，復(fù)制就停止。而有些生物的DNA復(fù)制起始區(qū)是一段富含A.T的區(qū)段。這些特殊的結(jié)構(gòu)對(duì)于在DNA復(fù)制起始過(guò)程中參與的酶和許多蛋白質(zhì)分子的識(shí)別和結(jié)合都是必須的。
(二)DNA復(fù)制的方向：
(1)定點(diǎn)開(kāi)始雙向復(fù)制：
這是原核生物和真核生物DNA復(fù)制最主要的形式，從一個(gè)特定位點(diǎn)解鏈，沿著兩個(gè)相反的方向各生長(zhǎng)出兩條鏈，形成一個(gè)復(fù)制泡，用電子顯微鏡可以觀察到復(fù)制泡的存在(圖16－5)。
圖16－5 SV40DNA；復(fù)制泡生長(zhǎng)的電鏡圖譜
(2)定點(diǎn)開(kāi)始單向復(fù)制：
質(zhì)粒colE1是個(gè)典型的例子，復(fù)制從一個(gè)起始點(diǎn)開(kāi)始，以同一方向生長(zhǎng)出兩條鏈，形成一個(gè)復(fù)制叉(replication fork)。
(3)兩點(diǎn)開(kāi)始單向復(fù)制：
腺病毒DNA的復(fù)制是從兩個(gè)起點(diǎn)開(kāi)始的，形成兩個(gè)復(fù)制叉，各以一個(gè)單一方向復(fù)制出一條新鏈(圖16－6)。
圖16-6 DNA的半不連續(xù)復(fù)制和復(fù)制泡的形成
總之DNA復(fù)制的起點(diǎn)及方向不僅原核細(xì)胞與真核細(xì)胞不同，就是同屬于原核生物和真核生物的不同種屬也有相當(dāng)大的差異(圖16－7)。
圖16-7 DNA鏈生長(zhǎng)方向的三種機(jī)制
(三)DNA復(fù)制起始引發(fā)體的形成及所參與的酶和蛋白質(zhì)：
1.解鏈酶(helicase)
DNA開(kāi)始復(fù)制時(shí)首先在起始點(diǎn)處解開(kāi)雙鏈，反應(yīng)是在一種解鏈酶(helicase)的催化下進(jìn)行的。解鏈酶需要ATP分解供給能量。大腸桿菌中DnaB蛋白就有介鏈酶活性，與隨從鏈的模板DNA結(jié)合，沿5′→3′方向移動(dòng)，還有一種叫做Rep蛋白和前導(dǎo)鏈的模板DNA結(jié)合沿3′→5′方向移動(dòng)。解鏈酶的作用就是打開(kāi)DNA雙鏈之間的氫鍵。
2.單鏈結(jié)合蛋白：(single strand binding proteins,SSBP)
它與解開(kāi)的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會(huì)再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對(duì)單鏈DNA的水解，保證了單鏈DNA做為模板時(shí)的伸展?fàn)顟B(tài)，SSBP可以重復(fù)利用(圖16－8)。
圖16-8 大腸桿菌DNA復(fù)制叉中復(fù)制過(guò)程簡(jiǎn)圖
3.引發(fā)體的形成：
DNA復(fù)制起始的關(guān)健步驟是前導(dǎo)鏈DNA的合成，一旦前導(dǎo)鏈DNA的聚合作用開(kāi)始，隨從鏈DNA的合成也隨著開(kāi)始。由于前導(dǎo)鏈的合成是連續(xù)進(jìn)行的，所以它的起始相對(duì)簡(jiǎn)單，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進(jìn)行的，所以引發(fā)階段比較復(fù)雜。大腸桿菌的引發(fā)前體由Dna B. Dna C和單鏈結(jié)合蛋白組成。
(1)引物酶(primase)
它是一種特殊的RNA聚合酶，可催化短片段RNA的合成。這種短RNA片段一般十幾個(gè)至數(shù)十個(gè)核苷酸不等，它們?cè)贒NA復(fù)制起始處做為引物。RNA引物的3′桹H末端提供了由DNA聚合酶催化形成DNA分子第一個(gè)磷酸二酯鍵的位置。
(2)引發(fā)體(primosome)
高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進(jìn)引物酶結(jié)合上來(lái)，共同形成引發(fā)體，引發(fā)體主要在DNA隨從鏈上開(kāi)始，它連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導(dǎo)引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，這就是隨從鏈不連續(xù)合成的開(kāi)始。
 DNA復(fù)制的方式及一般過(guò)程 | DNA復(fù)制的延長(zhǎng)階段以及參與的酶和蛋白質(zhì)分子  |
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