DNA的復(fù)制需要RNA引物,這是由DNA聚合酶和RNA聚合酶的特性決定的。DNA聚合酶不能從頭合成DNA(需要引物DNA or RNA),因?yàn)镈NA聚合酶具有高保真系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)要求,在新鏈的延伸過(guò)程中,只有新添加的堿基與模板鏈形成雙螺旋才能繼續(xù)鏈的延伸,否則延伸終止,啟動(dòng)切除修復(fù)機(jī)制,直至添加正確的堿基,也即是在DNA聚合酶的上游位置一定要互補(bǔ)形成雙鏈(可以是RNA-DNA)才能繼續(xù)下游DNA的合成,這是它的忠實(shí)性和高保真系統(tǒng)決定的。而RNA聚合酶可以從頭合成RNA,合成的RNA游離在模板外,不需要與模板形成互補(bǔ)配對(duì)的雙螺旋結(jié)構(gòu)就能繼續(xù)下游的合成。兩種酶的不同機(jī)制決定了DNA復(fù)制時(shí)用的只能是RNA引物。 PCR反應(yīng)中所用到的DNA引物,是用化學(xué)法人工合成的,與模板形成雙鏈后在DNA聚合酶的作用下就可以繼續(xù)鏈的延伸;而在體內(nèi),由于DNA聚合酶的忠實(shí)性,不能從頭合成DNA,因此只能采用RNA引物來(lái)延伸了。 當(dāng)然,有些病毒的DNA復(fù)制不要RNA為引物: 有些病毒的基因組是線性DNA,在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中復(fù)制時(shí)不需要RNA引物。目前了解最清楚是的腺病毒DNA和枯草菌噬菌體φ29DNA的復(fù)制。盡管在表面上腺病毒DNA和φ29DNA與T7DNA相似,但是它們的復(fù)制不是從DNA內(nèi)部開(kāi)始的,而是從DNA的一端開(kāi)始,而且對(duì)兩端無(wú)選擇性,各占50%的機(jī)率。盡管腺病毒DNA和φ29DNA兩端也具有重復(fù)序列,但是方向相反。因此,在DNA復(fù)制過(guò)程中不能通過(guò)象T7DNA那樣的連環(huán)體(conctemer)來(lái)完成其末端的復(fù)制。 在這些DNA復(fù)制時(shí),從一端開(kāi)始,只能利用一條DNA鏈作為模板,即以3'→5'鏈為模板。這樣,新合成的DNA鏈便將原來(lái)的親代DNA鏈取代子鏈。原來(lái)的親代DNA鏈(從合成起始端看是5'→3'鏈)作為單鏈從雙螺旋中釋放出來(lái)。這條鏈自身的5'和3'可以互補(bǔ)配對(duì),然后在3'端開(kāi)始以此鏈為模板重新合成另一條子鏈。這樣,DNA復(fù)制即完成。產(chǎn)生兩個(gè)與親代DNA完成一樣的子代DNA。 前已述及,DNA聚合酶不能從頭開(kāi)始合成DNA鏈,需要有引物才能聚合核苷酸生成DNA鏈。那么,腺病毒和φ29DNA等沒(méi)有RNA引物是怎樣啟動(dòng)其DNA復(fù)制的呢?研究發(fā)現(xiàn),所有的腺病毒DNA生長(zhǎng)鏈上都有一個(gè)特異的蛋白質(zhì)分子附著在其5'末端的胞嘧啶核苷酸上。在DNA復(fù)制開(kāi)始之前,該末端蛋白質(zhì)通過(guò)共價(jià)鍵與dCMP的5'磷酸基相連。胞嘧啶通過(guò)堿基配對(duì)與腺病毒DNA模板3'末端的鳥(niǎo)嘌呤核苷酸配對(duì)結(jié)合,然后由病毒本身編碼的DNA聚合酶以此末端蛋白-dCMP復(fù)合物為引物連續(xù)合成腺病毒整個(gè)基因組的36000個(gè)核苷酸,在DNA復(fù)制過(guò)程中,由于DNA鏈被置換而產(chǎn)生了扭曲張力(torsional strain),但細(xì)胞內(nèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ可以消除張力。病毒自身編碼的72KD的單鏈結(jié)合蛋白可能也同時(shí)具有螺旋酶的功能促進(jìn)DNA雙鏈的解開(kāi)。
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