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普通遗传学/DNA复制

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DNA复制模型

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当 DNA 复制时,旧的(亲本)链和新的(子代)链会发生什么?形成两个双螺旋,一个包含两个亲本链,另一个包含两个子代链的理论是复制的保守理论。复制后,没有链是完全的亲本或子代,而是包含旧和新 DNA 片段的理论是复制的分散理论。每个双螺旋将包含一条亲本链和一条子代链的理论是复制的半保留理论。1958 年,梅塞尔森和斯塔尔证明复制的半保留理论通常是正确的。

双向复制

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DNA 复制从一个起点开始。起点通常富含腺嘌呤和胸腺嘧啶,因为这些含氮碱基之间的键更容易断裂。一旦复制开始,它就从起点向两个方向移动,在 DNA 链之间的氢键被断裂的每个点形成一个复制叉

还必须考虑核小体在复制过程中会发生什么。随着 DNA 的复制,必须创建新的组蛋白来浓缩新形成的链。复制耦合 (RC) 途径与复制过程中核小体的去除和重新组装有关。分子伴侣 CAF-1 (chromatin assembly factor) 和 ASF-1 (anti-silencing function) 在复制叉处发挥作用,并由 PCNA (proliferating cell nuclear antigen) 募集。组蛋白八聚体被复制体 (见下文) 不稳定。ASF-1 将组蛋白从叉子前方转移到新合成的链,而 CAF-1 将新合成的组蛋白转移到新链。

复制体:参与复制的酶

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还有更多专门参与真核或原核复制的酶,将在后面介绍。目前,我们正在考虑常见复制体酶的一般功能。

解旋酶

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解旋酶是利用 ATP 水解来分裂(或“熔化”)双螺旋之间的氢键的马达蛋白。

单链结合蛋白 (SSBs)

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解旋酶将 DNA 链分开后,单链 DNA (ssDNA) 被 SSBs 覆盖以防止它形成二级结构。

DNA 依赖性 DNA 聚合酶

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DNA 聚合酶可以将核苷酸添加到 DNA 链中,前提是 (1) 链已经“启动”(即已经有一个 3' 羟基准备进行亲核攻击)和 (2) 存在核苷三磷酸 (NTP) 的供应。3' 羟基攻击 NTP 上的 α 磷酸,产生游离的焦磷酸(一个由 NTP 的 β 和 γ 磷酸基团组成的分子)。然后焦磷酸水解成两个磷酸基团,为酶提供更多能量。

DNA 引物酶

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如果 DNA 聚合酶不能启动链,而只能继续链,那么是什么启动了链?DNA 链的复制实际上不是从 DNA 开始,而是从 RNA 开始。DNA 引物酶是一种 RNA 聚合酶,它在 ssDNA 上形成短的 RNA 链,DNA 聚合酶可以延长这些 RNA 链。

DNA 连接酶

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DNA 连接酶可以通过在 3' 羟基和 5' 磷酸基团之间形成磷酸二酯键来封合间隙。连接酶有一个赖氨酸基团,充当亲核试剂并攻击 ATP 分子上的 α 磷酸。这会产生焦磷酸和通过瞬时连接与连接酶结合的 AMP (腺苷单磷酸)。AMP 附着在 5' 磷酸基团上,再生酶。3' 羟基攻击 5' 磷酸基团的磷酸,在核苷酸之间形成磷酸二酯键并释放 AMP。如果没有 DNA 连接酶,这不可能发生,因为磷酸二酯形成没有足够的离去基团。

拓扑异构酶

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随着解旋酶继续在复制叉处解开螺旋,剩余的 DNA 变得超螺旋。拓扑异构酶切断并重新连接糖磷酸骨架以释放张力。

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