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普通遺傳學/DNA複製

來自華夏公益教科書

DNA複製模型

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當 DNA 複製時,舊的(親本)鏈和新的(子代)鏈會發生什麼?形成兩個雙螺旋,一個包含兩個親本鏈,另一個包含兩個子代鏈的理論是複製的保守理論。複製後,沒有鏈是完全的親本或子代,而是包含舊和新 DNA 片段的理論是複製的分散理論。每個雙螺旋將包含一條親本鏈和一條子代鏈的理論是複製的半保留理論。1958 年,梅塞爾森和斯塔爾證明覆制的半保留理論通常是正確的。

雙向複製

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DNA 複製從一個起點開始。起點通常富含腺嘌呤和胸腺嘧啶,因為這些含氮鹼基之間的鍵更容易斷裂。一旦複製開始,它就從起點向兩個方向移動,在 DNA 鏈之間的氫鍵被斷裂的每個點形成一個複製叉

還必須考慮核小體在複製過程中會發生什麼。隨著 DNA 的複製,必須建立新的組蛋白來濃縮新形成的鏈。複製耦合 (RC) 途徑與複製過程中核小體的去除和重新組裝有關。分子伴侶 CAF-1 (chromatin assembly factor) 和 ASF-1 (anti-silencing function) 在複製叉處發揮作用,並由 PCNA (proliferating cell nuclear antigen) 募集。組蛋白八聚體被複制體 (見下文) 不穩定。ASF-1 將組蛋白從叉子前方轉移到新合成的鏈,而 CAF-1 將新合成的組蛋白轉移到新鏈。

複製體:參與複製的酶

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還有更多專門參與真核或原核複製的酶,將在後面介紹。目前,我們正在考慮常見覆制體酶的一般功能。

解旋酶

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解旋酶是利用 ATP 水解來分裂(或“熔化”)雙螺旋之間的氫鍵的馬達蛋白。

單鏈結合蛋白 (SSBs)

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解旋酶將 DNA 鏈分開後,單鏈 DNA (ssDNA) 被 SSBs 覆蓋以防止它形成二級結構。

DNA 依賴性 DNA 聚合酶

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DNA 聚合酶可以將核苷酸新增到 DNA 鏈中,前提是 (1) 鏈已經“啟動”(即已經有一個 3' 羥基準備進行親核攻擊)和 (2) 存在核苷三磷酸 (NTP) 的供應。3' 羥基攻擊 NTP 上的 α 磷酸,產生遊離的焦磷酸(一個由 NTP 的 β 和 γ 磷酸基團組成的分子)。然後焦磷酸水解成兩個磷酸基團,為酶提供更多能量。

DNA 引物酶

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如果 DNA 聚合酶不能啟動鏈,而只能繼續鏈,那麼是什麼啟動了鏈?DNA 鏈的複製實際上不是從 DNA 開始,而是從 RNA 開始。DNA 引物酶是一種 RNA 聚合酶,它在 ssDNA 上形成短的 RNA 鏈,DNA 聚合酶可以延長這些 RNA 鏈。

DNA 連線酶

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DNA 連線酶可以透過在 3' 羥基和 5' 磷酸基團之間形成磷酸二酯鍵來封合間隙。連線酶有一個賴氨酸基團,充當親核試劑並攻擊 ATP 分子上的 α 磷酸。這會產生焦磷酸和透過瞬時連線與連線酶結合的 AMP (腺苷單磷酸)。AMP 附著在 5' 磷酸基團上,再生酶。3' 羥基攻擊 5' 磷酸基團的磷酸,在核苷酸之間形成磷酸二酯鍵並釋放 AMP。如果沒有 DNA 連線酶,這不可能發生,因為磷酸二酯形成沒有足夠的離去基團。

拓撲異構酶

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隨著解旋酶繼續在複製叉處解開螺旋,剩餘的 DNA 變得超螺旋。拓撲異構酶切斷並重新連線糖磷酸骨架以釋放張力。

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