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DNA分子的复制

所谓复制就是新合成的DNA分子与原来的DNA分子结构一致。能够“自我复制是遗传物质的重要特征之一。染色体能够复制,基因能够复制,归根到底是DNA能够复制。

DNA分子的复制发生在细胞的有丝分裂或减数分裂的第一次分裂前的间期。这时候,一个DNA分子双链之间的氢键断裂,两条链彼此分开,各自吸收细胞内的核苷酸,按照碱基配对原则合成一条新链,然后新旧链联系起来,各自形成一个完整的DNA分子。复制完毕时,原来的一个DNA分子,即成为两个DNA分子。因为新合成的每条DNA分子都含有一条原来的链和一条新链,所以这种复制方式称为半保留复制。应该指出,研究工作表明,在复制过程中,DNA的两条母链并不是完全解开以后才合成新的子链,而是在DNA聚合酶的作用下,边解开边合成的,并且这种复制需要RNA作为引物,待DNA复制合成后,由核酸酶切掉引物,经DNA聚合酶的修补和连结酶的“焊接把它们连结成完整的DNA链。

1.DNA的解旋  亲代DNA分子,利用细胞提供的能量,在解旋酶的作用下,氢键断裂,部分双螺旋链解旋为两条平行双链。

2.RNA引物的生成  以单股DNA为模板,在引物酶作用下,合成小段(由几十个核苷酸组成)RNA引物。

3.DNA的生成  以单股DNA为模板,在DNA聚合酶作用下,在RNA引物末端合成DNA。

4.切掉引物生成冈崎片段  在核酸酶作用下切掉引物。在DNA聚合酶作用下,将引物部位换上DNA,此时的DNA片段(由1 000～2 000个核苷酸组成)称为冈崎片段(1968年日本科学家冈崎等人首先提出的)。

5.DNA片段的连结  在连结酶作用下,将冈崎片段连接起来,形成一条完整的新的DNA链,新链与旧链构成DNA双链。

关于DNA分子的复制功能,现已在人工合成DNA分子的实验中获得完全的证实。1956年,美国生物化学家科恩伯格(A. Kornberg,1918—)以天然的大肠杆菌噬菌体Ф×174的DNA为引子(即按照它的分子结构),用4种核苷酸作为原料,加入适当的能源ATP,在大肠杆菌DNA聚合酶的作用下,已经能在试管中成功地把游离的核苷酸合成为Ф×174的DNA。这个半人工合成的DNA具有生物活性,用它来侵染大肠杆菌,能够在寄主体内繁殖。

DNA分子能够人工复制是有重大的生物学意义的。但是,必须指出,DNA分子的人工复制不能脱离细胞内的其他物质和条件,如需要原料(4种核苷酸)、能量(ATP)、酶的作用等等。因此,它必然要受整个生活细胞的制约。严格地说,那种认为DNA能够脱离其他物质和条件进行“自我复制的看法是不确切的。