複製

1 拼音

fù zhì

2 英文參考

replication

3 複製是一種生物分子合成過程

複製是與遺傳物質結構相同的生物分子合成過程。生物通過複製遺傳信息傳遞給後代。一般指DNA的生物合成(關於作爲遺傳物質的RNA的合成,見RNA複製酶、逆轉錄酶)。

3.1 DNA進行半保留複製

雙鏈DNA複製時先是兩條鏈分開,然後每條鏈再作爲模板,被酶作用產生互補的新DNA鏈。這樣合成的子代DNA分子結構與母鏈完全相同,其一條鏈來自母本,另一條鏈是新合成的。這種半保留複製的方式已經實驗證實,催化這個過程的酶是DNA聚合酶。細菌DNA和許多病毒DNA是雙螺旋環形結構。完整的大腸桿菌DNA以環狀形式複製複製始於染色體上固定的起始點,朝兩個相反的方向進行。複製時,兩條新鏈沿舊鏈不斷延伸形成叉子的形狀(叫做複製叉)前進。雙向複製有兩個複製叉,待兩個複製叉相遇時,環DNA的複製便停止。染色體上的複製點是一段由100~200鹼基對組成的核苷酸序列。也有一些病毒DNA朝一個方向,用其他不同的方式複製

3.2 岡崎片段和半不連續複製

DNA雙螺旋結構的兩條鏈方向相反,以之爲模板,新生DNA的兩條鏈必定沿相反方向的舊鏈延伸。已知的DNA聚合酶都催化DNA鏈從5′向3′延伸,從3′到5′延伸的DNA鏈是怎樣合成的呢?1968年,日本科學家岡崎等用放射性標記的核苷參入實驗,發現短時間內合成的是較短的DNA片段,接着出現較大的分子。據此,他認爲至少有一條新DNA鏈的合成是不連續過程。從5′向3′連續合成的新生DNA鏈叫做前導鏈,另一條叫做後隨鏈,其合成則是先從5′到3′合成若干短片段(岡崎片段),再經DNA連接酶的作用連接起來。實驗證明,岡崎片段在細菌中普遍存在。細菌的岡崎片段含1000~2000個核苷酸殘基。岡崎片段合成的引物一般是含少數核苷酸殘基的RNA。引物是由一種特定的RNA聚合酶(叫做引發酶)催化合成的。引發酶有時與其他酶連在一起,有時與幾種其他蛋白質組成引發體在DNA複製中起作用。引發酶隨複製叉的移動,斷斷續續地生成與後隨鏈模板互補的RNA引物,在引物的3′端合成岡崎片段,再連接起來。岡崎片段的合成並無專一的起始部位。

3.3 親本DNA雙鏈的分離

DNA雙螺旋結構較緊密且常扭曲成超螺旋,而在複製親本DNA雙鏈必須解開一部分,才便於DNA聚合酶識別單鏈模板。現已發現一些有利於超螺旋結構鬆弛或雙螺旋分子解旋的酶或蛋白質。一種DNA解鏈酶能依靠ATP水解供給的能量解開複製叉前方的DNA雙鏈。有的解鏈酶與引發酶結合在一起(如大腸桿菌T4噬菌體)。雙鏈解開後立即有一種單鏈結合蛋白SSB與DNA單鏈緊密結合。SSB是四聚體,它不但可避免兩條DNA單鏈再相遇因而重新結合成雙鏈分子,也可保護單鏈模板免受細胞核酸酶的降解。另一種DNA旋轉酶兼有內切核酸酶和連接酶的活性,能迅速使DNA鏈斷開又連上。當與ATP供應能量反應偶聯時,旋轉酶可引入超螺旋,即使處於鬆弛態的雙螺旋DNA分子轉變爲超螺旋狀態;在沒有ATP時,旋轉酶又使超螺旋DNA轉變爲鬆弛態。在旋轉酶、解鏈酶、單鏈結合蛋白等共同的作用下可使DNA雙鏈部分解開。

3.4 DNA複製分子機制

本世紀80年代中後期得知DNA複製時前導鏈與後隨鏈同時延伸,且DNA聚合酶Ⅲ全酶以二聚體的形式起作用,推斷後隨鏈模板在複製時暫時成環。解鏈酶解開母本DNA雙鏈後,產生的單鏈模板隨即被單鏈結合蛋白包上。前導鏈沿其模板從5′到3′在DNA聚合酶Ⅲ全酶的作用下連續合成,合成方向與複製前進的方向一致。這時沿後隨鏈模板斷續合成引物,在引物的3′端合成岡崎片段,合成方向從5′到3′,也是DNA聚合酶Ⅲ全酶催化的。因爲模板成環,合成方向實際上與複製前進的方向也一致。合成完畢的岡崎片段的RNA引物被DNA聚合酶Ⅰ的5′→3′外切核酸酶活性切除,所造成的序列空隙又被DNA聚合酶Ⅰ的聚合酶活化,用前一岡崎片段作爲引物,以相應的脫氧核苷酸填滿。這樣在合成完畢的短DNA片段間只遺留一個切口,最後經DNA連接酶封口。DNA短片段逐步連接成大片段,終於完成後隨鏈的合成。DNA聚合酶有校正作用,能改正複製中的錯誤。DNA複製有高度的忠實性。經研究,發現DNA聚合酶的3′→5′外切核酸酶活性可以校對新生DNA鏈的鹼基序列並改正其聚合酶活性所造成與模板相應核苷酸的“錯配”。當進入一個錯配的脫氧核苷酸時,該核苷酸不能用氫鍵與模板鏈結合。此時DNA聚合酶向執行聚合酶功能時的相反方向移動,切除新DNA鏈3′端的脫氧核苷酸殘基,插入能與模板鏈正確配對的脫氧核苷酸,並按照正常的程序重新開始複製。估計人的一組遺傳指令約有30億個核苷酸,人基因複製的差錯率即使低到只有百萬分之一,每次複製也將出現3000處差錯。從一個受精發育成人,這個基因組大約要複製1000萬億次。出現的差錯將是驚人的數字。事實上,實際的錯誤率約是100億分之一。

3.5 真核生物DNA的複製

真核生物DNA的複製比大桿菌複雜。其染色體上有多個複製起始點,從這些起始點開始,複製雙向進行。真核細胞中也有岡崎片段(100~200個核苷酸長)、RNA引物(約含10個核苷酸)、DNA連接酶和一些有關DNA雙螺旋分子解旋的酶和蛋白質。推測其DNA複製過程的分子機制極可能與原核生物類似。人類細胞大腸桿菌細胞DNA複製可大致比較如下表。

有關大腸桿菌的數據是在37℃培育該細胞所得。有關人類細胞的數據來自Hela細胞。這種細胞原取自腫瘤,已在培養基中保留了多年。

4 複製是一種炮製方法

複製是用多種製法反覆地處理藥材複製的目的主要是減低或消除藥物毒性,增強療效,使鮮品易於乾燥。如半夏天南星白附子川烏草烏何首烏紫河車香附

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