復(fù)制的過程和參與酶及因子
復(fù)制的過程分四個(gè)階段.第一階段,親代DNA分子超螺旋的構(gòu)象變化及雙螺旋的解鏈,將復(fù)制的模板展現(xiàn)出來(lái).第二階段為復(fù)制的引發(fā)階段,有引物RNA進(jìn)行5′～3′方向的合成.第三階段為DNA鏈的延長(zhǎng),在引物RNA合成基礎(chǔ)上,進(jìn)行DNA鏈的5′～3′方向合成,前導(dǎo)鏈連續(xù)地合成出一條長(zhǎng)鏈,隨從鏈合成出岡崎片段.去除RNA引物后,片段間形成了空隙,DNA聚合酶作用使各個(gè)片段靠近.在連接酶作用下,各片段連接成為一條長(zhǎng)鏈.第四階段為終止階段,復(fù)制叉行進(jìn)到一定部位就停止前進(jìn),最后前導(dǎo)鏈與隨從鏈分別與各自的模板形成兩個(gè)子代DNA分子,到此復(fù)制過程就完成了.
螺旋的松弛與解鏈包括超螺旋的構(gòu)象變化及雙螺旋的解鏈,參與者主要為拓?fù)洚悩?gòu)酶、解鏈酶及單鏈結(jié)合蛋白等.
DNA聚合酶
在原核生物及真核生物,DNA聚合酶有幾種類型.
（1）原核生物大腸桿菌DNA聚合酶
1)DNA聚合酶Ⅰ.在隨從鏈合成時(shí),先合成了許多岡崎片段,而后由于RNA引物的去除形成了空隙,此時(shí)DNA PolⅠ它催化聚合反應(yīng),延長(zhǎng)了各個(gè)片段,從而填補(bǔ)了片段間的間隙,使以上片段得以靠近,為片段連接成長(zhǎng)鏈創(chuàng)造了條件.所以DNA polⅠ的聚合作用主要是在填補(bǔ)隨從鏈片段間空隙上發(fā)揮作用.
DNA PolⅠ還具有3′→5′外切酶活性可識(shí)別并去除錯(cuò)誤的堿基.這種活性在DNA復(fù)制中起了校對(duì)功能.DNA PolⅠ的校對(duì)活性對(duì)DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性起著重要作用. DNA PolⅠ還具有5′→3′外切酶活性.5′→3′外切酶活性也有修正錯(cuò)誤的功能,補(bǔ)充其3′→5′外切酶修正錯(cuò)誤的作用.例如紫外照射產(chǎn)生的嘧啶二聚體,就是在其5′→3′切酶作用下切除的.
DNA Pol Ⅲ結(jié)構(gòu)中不對(duì)稱的二聚體,同時(shí)分別催化著前導(dǎo)鏈和隨從鏈的合成.
DNA Pol Ⅲ也具有3′→5′外切酶活性,所以對(duì)于DNA復(fù)制也有校對(duì)的功能,可停止加入或除去錯(cuò)誤的核苷酸然后繼續(xù)加正確的核苷酸.因此,DNA PolⅢ配合DNAPolI可將復(fù)制的錯(cuò)誤率大大地降低,從10-4降為10-6或更少. 當(dāng)此片段接近前方的片段時(shí),由DNA Pol Ⅲ的5′→3′外切酶活性切除了RNA引物,造成了片段間的空間；繼而DNA PolI催化進(jìn)行5′→3′方向的聚合作用,填補(bǔ)了片段間的空隙.




PolⅠ
PolⅡ
PolⅢ

酶活性
5′→3′聚合作用
3′→5′外切酶活性
5′→3′外切酶活性

+
+
+

+
+
-

+
+
+

體外鏈延長(zhǎng)速度(核苷酸/分)
600
30
9000

分子數(shù)/細(xì)胞
400
不詳
10～20

功能
修復(fù)合成
去除引物填補(bǔ)空隙
校對(duì)
不詳
復(fù)制
校對(duì)

（2）真核生物DNA聚合酶. 真核生物DNA Pol有α、β、γ、δ及 ε五種.
真核生物的DNA復(fù)制是在DNA聚合酶α與DNA聚合酶δ互配合下催化進(jìn)行的,還有一些酶及蛋白質(zhì)因子參與反應(yīng).DNA Polα與引發(fā)酶共同起引發(fā)作用,然后由DNA Polδ催化前導(dǎo)鏈及隨從鏈的合成.DNA Polγ是線粒體中DNA復(fù)制酶.
DNA Polδ及ε均有外切酶活性,因此也有編輯功能,校正復(fù)制中的錯(cuò)誤.它們的5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA中有作用.（2）真核生物DNA聚合酶. 真核生物DNA Pol有α、β、γ、δ及 ε五種.
酶活性
5′→3′聚合作用
3′→5′外切作用
α
β
γ
δ
ε

+
-
+

-
+

+
+

+
+

+

細(xì)胞內(nèi)定位
功能
核
復(fù)制、引發(fā)
核
修復(fù)
線粒體
復(fù)制
核
復(fù)制
核
復(fù)制

真核生物DNA的復(fù)制特點(diǎn) 真核生物中復(fù)制進(jìn)行的速度約為50個(gè)核苷酸／秒,僅為原核生物的1／10,但真核生物染色體上DNA復(fù)制起始點(diǎn)有多個(gè),因此可以從幾個(gè)起始點(diǎn)上同時(shí)進(jìn)行復(fù)制.
三 修復(fù)
（一）DNA復(fù)制過程中的校正修復(fù)
DNA復(fù)制過程中會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的,這可以由DNA聚合酶來(lái)修正錯(cuò)誤.在大腸桿菌DNA復(fù)制過程中,如果有錯(cuò)誤核苷酸摻入,DNA聚合暫時(shí)停止催化聚合作用,而是由DNA PolⅠ或 Pol的Ⅲ 3′→5′外切酶活性切除錯(cuò)誤的堿基,然后繼續(xù)再催化正確的聚合作用.真核生物DNA Polδ也具有此種校對(duì)作用.所以DNA聚合酶的校對(duì)作用是DNA復(fù)制中的修復(fù)形式,可使錯(cuò)配率下降至10－6.
其他能夠保證DNA復(fù)制準(zhǔn)確性的機(jī)制在于：
（1）以親代DNA為模板,按堿基互補(bǔ)配對(duì)方式進(jìn)行DNA復(fù)制.
（2）細(xì)胞內(nèi)DNA錯(cuò)配修復(fù)機(jī)制,可使錯(cuò)配減少至10-9以下.
（二）DNA的損傷修復(fù)
修復(fù)是指針對(duì)已發(fā)生了的缺陷而施行的補(bǔ)救機(jī)制,DNA的修復(fù)機(jī)制的有數(shù)種方式,有光修復(fù)、切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS修復(fù)等,其中以切除修復(fù)最為重要.
1光修復(fù) 通過光修復(fù)酶催化而完成的,僅需300-600nm波長(zhǎng)照射即可活化,普遍存在于各種生物,人體細(xì)胞中也有發(fā)現(xiàn).通過此酶作用,可使環(huán)丁基二聚體分解為原來(lái)的非聚合狀態(tài),DNA完全恢復(fù)正常.
2切除修復(fù)切除修復(fù)是指對(duì)DNA損傷部位先行切除,繼而進(jìn)行正確的合成,補(bǔ)充被切除的片段.大腸桿菌有兩種切除修復(fù)方式.
3重組修復(fù)當(dāng)DNA分子的損傷面較大,還來(lái)不及修復(fù)完善就進(jìn)行復(fù)制時(shí),損傷部位因無(wú)模板指引,復(fù)制出來(lái)的新子鏈會(huì)出現(xiàn)缺口,這時(shí),就靠重組蛋白recA的核酸酶活性將別一股健康的母鏈與缺口部分進(jìn)行交換,以填補(bǔ)缺口.
4SOS修復(fù)指DNA損傷時(shí),應(yīng)急而誘導(dǎo)產(chǎn)生的修復(fù)作用,稱為SOS修復(fù).在正常情況下,修復(fù)蛋白的合成是處于低水平狀態(tài)的,這是由于它們的mRNA合成受到阻遏蛋白的抑制.