—、遺傳信息的復制

DNA分子中不同的堿基排列順序構(gòu)成信息，通過DNA的復制不斷傳遞給子細胞，構(gòu)成遺傳信息。現(xiàn)以原核細胞為例來說明DNA的復制過程。

（一）DNA復制的引發(fā)（priming）階段

DNA復制開始時，DNA螺旋酶首先在復制起點處將雙鏈DNA解開，暴露出某些特定序列以便與引發(fā)體（primosome）結(jié)合。引發(fā)體由6種蛋白與DNA單鏈結(jié)合所形成的引發(fā)前體（preprimosome），與引物酶（primase）組裝而成。引發(fā)體識別DNA復制起點位置，形成復制叉，進而由引物酶催化合成一小段RNA引物，長短約為十多個至數(shù)十個核苷酸。RNA引物形成后，由DNA聚合酶催化將第一個脫氧核苷酸按堿基互補原則加在RNA引物3′－OH端而進入DNA鏈的延伸階段。DNA復制起點雙鏈解開后，為什么需要有RNA引物來引發(fā)DNA復制呢？這可能與減少DNA復制起始處的突變有關。因為DNA復制起始處的幾個核苷酸很容易出錯，因此，用RNA引物即使出現(xiàn)差錯最后也要被DNA聚合酶切除，提高了DNA復制的準確性。

（二）DNA鏈的延伸

在DNA的復制過程中，DNA聚合酶起著重要作用。DNA聚合酶的特點是不能自行從頭合成DNA鏈，而必須有一個多核苷酸鏈作為引物，而且DNA聚合酶只能在此引物的3′－OH端催化形成磷酸二酯鍵，從而逐步合成DNA鏈。因此，DNA鏈的合成是有方向性的，即從5′端→3′端方向進行。由于DNA的兩條鏈是反向平行的，即一條鏈是5′→3′端，而另一條鏈則是3′→5′端，并且DNA聚合酶的催化作用具有方向性。所以在DNA分別以2條母鏈作為模板進行復制時，子鏈的合成方式不同。以3′→5′端方向鏈為模板，可以反向平行的方式順利地按5′→3′端方向合成新的DNA鏈，這條鏈是連續(xù)合成的，稱為前導鏈；而另一條鏈是不連續(xù)合成的（以5′→3′端方向鏈為模板），稱為后隨鏈。在后隨鏈合成過程中，首先合成引物，然后以5′→3′方向合成較短的DNA片段（由岡崎發(fā)現(xiàn)，故稱為“岡崎片段”）。當岡崎片段形成后，DNA聚合酶Ⅰ通過其5′→3′外切酶活性切除岡崎片段上的RNA引物，最后在DNA連接酶作用下，再將這些片段連接起來，形成完整的DNA后隨鏈。雖然后隨鏈的合成從總體來看是3′→5′端方向，但每個岡崎片段的合成方向仍然是5′→3′端方向，只有這樣才能使合成后隨鏈成為可能（圖1－6）。

圖1－6　DNA兩條鏈的復制方式不同

DNA新生鏈的合成由DNA聚合酶Ⅲ所催化。在復制叉附近，形成了以兩套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引發(fā)體和螺旋酶構(gòu)成的類似核糖體大小的復合體，稱為DNA復制體（replisome）。復制體在DNA前導鏈模板和后隨鏈模板上移動時便合成了連續(xù)的DNA前導鏈和由許多岡崎片段組成的后隨鏈。在DNA合成延伸過程中主要是DNA聚合酶Ⅲ的作用。

（三）DNA復制的終止

現(xiàn)在認為在DNA上存在著復制終止位點，DNA復制將在復制終止位點處終止，目前對復制終止位點的結(jié)構(gòu)和功能了解較少。真核生物的復制是由多個復制起點同時啟動，當兩個復制叉相遇時，一個復制單位的復制過程結(jié)束。DNA復制的最重要特點是半保留復制，即新合成的DNA雙鏈中保留有一條母鏈。

真核細胞的DNA復制與原核細胞有相似性，但真核細胞的DNA聚合酶均沒有5′→3′外切酶活性，現(xiàn)已分離了α、β、γ、δ、ε等5種DNA聚合酶，它們各自有不同的分工，并協(xié)調(diào)DNA的復制。此外，還有許多復制因子參與了復制過程。

（四）DNA復制中的誤差

通常，每復制10⁹～10¹⁰個核苷酸便會出現(xiàn)一個錯誤。DNA復制誤差出現(xiàn)的頻率是10^－5～10^－4。因而，在細胞內(nèi)除了堿基配對原則外，必然還有其他因子的作用，來維持DNA復制的準確性。首先，DNA聚合酶（例如，在真核細胞中DNA聚合酶δ具有明確的校正功能）本身具有校對作用，可以將不正確插入的核苷酸切除掉，重新加上正確的核苷酸。這樣，每加入一個核苷酸，發(fā)生錯誤的機會只有10^－10～10^－8。另外，DNA合成起始時及岡崎片段合成開始時都有RNA引物。由于RNA最終也要被切除掉，這樣就提高了DNA復制的準確性。因為DNA復制開始時摻入的核苷酸往往容易出錯，加在RNA引物中可以被切除，不會影響DNA的準確性。

DNA的復制除了會發(fā)生誤差外，還會由于外界和環(huán)境因素對其的影響發(fā)生損傷。DNA的損傷包括自發(fā)性損傷（復制錯誤、自發(fā)性化學變化），物理因素損傷（紫外線、電離輻射）和化學因素損傷（烷化劑、修飾劑）。DNA存儲著生物體賴以生存和繁衍的遺傳信息，因此維護DNA分子的完整性對細胞至關緊要。外界環(huán)境和生物體內(nèi)部的因素都經(jīng)常會導致DNA分子的損傷或改變。如果DNA的損傷或遺傳信息的改變不能更正，對體細胞就可能影響其功能或生存，對生殖細胞則可能影響到后代。所以在進化過程中生物細胞的DNA損傷修復能力十分重要，這也是生物能保持遺傳穩(wěn)定性之所在。在細胞中能進行修復的生物大分子僅有DNA，反映了DNA對生命的重要性。另一方面，DNA分子的變化并不是全部都能被修復成原樣的，正因為如此生物才會有變異、有進化。