主要内容
DNA复制的分子机制
DNA聚合酶和其他复制酶的角色。前导链、后随链和冈崎片段。
要点：
- DNA复制是半保留的。双螺旋的每一条链充当新的，补充链合成的模板。
- 新DNA是由叫做DNA 聚合物的酶组成的。它需要模板和引物（起始物）并以 5' 到 3' 的方向合成DNA。
- 在DNA复制期间，一条新链（前导链）制成连续的片段。另一条链（滞后链）制成多个小的片段。
- DNA复制需要除DNA聚合物之外的其它酶，包括 DNA引发酶、 DNA解旋酶、 DNA连接酶和拓扑异构酶。
介绍
DNA复制，或者复制一个细胞的DNA，不是一个简单的事情！有大约
DNA复制的基本机制在生物体中相似。 在本文中，我们将着重于发生于细菌 大肠杆菌 的DNA复制，但是复制机制在人类和其他真核生物中相似。
让我们看一下进行复制的蛋白质和酶，看看它们是如何一起运作来保证准确和完整的DNA复制。
基本概念
DNA复制是半保留的，意思是DNA双螺旋的每个链充当新的补充链合成的模板。
这个过程将一个起始分子分成两个“女儿”分子，每个新形成的双螺旋包含一条新链和一条旧链。
从某种意义上，这就是DNA复制的全部！但是其实关于这个过程的最有趣的地方是它在细胞中如何进行。
细胞需要快速地复制它们的DNA，并且得有很少错误（或者例如癌症等风险问题）。为此，它们用各种各样的酶和蛋白质，它们一起工作来确保DNA复制顺利并准确地表现。
DNA聚合酶
DNA复制中其中一个关键分子是DNA聚合酶。DNA聚合酶负责合成DNA：它们将核苷酸一个一个加到增长的DNA链中，只合并那些和模板互补的。
以下是DNA聚合酶的主要特征：
- 总是需要模板
- 只能将核苷酸加到DNA链的三端末尾
- 无法从头开始制作DNA链，需要预先存在的链或者一小段核苷酸，即引物
- 校对，或者检查工作，这清除了绝大多数意外添加到链中的“错误”核苷酸
添加核苷酸需要能量。这个能量来自于核苷酸自己，它们有三个附着的磷酸盐（比较像承载能量的ATP分子）。当磷酸盐之间的键断了，释放的能量被用来生产即将形成的核苷酸和增长的链之间的键。
在原核生物中，例如 大肠杆菌，里面有两个主要的DNA聚合酶参加DNA复制：DNA 聚合酶 III (主要DNA制造者)，以及DNA聚合酶I，它起了重要的支持作用。
开始DNA复制
DNA聚合酶和其他复制因子如何知道从哪里开始？复制总是在DNA某些地方开始，这些地方被称为复制起点并被其序列识别。
大肠杆菌，像大多数细菌一样， 染色体上有一个复制起点。该起点大约有
特殊蛋白质识别起源，绑定到这个点，并打开DNA。当DNA打开时，两个叫做复制叉的Y形结构被形成了，一起组成复制泡。复制叉将移动到和复制过程相反的方向。
复制实际上是如何在叉里进行的呢？螺旋酶是第一个在复制源上加载的复制酶
称为单链结合蛋白质的蛋白质将复制的DNA链包裹在复制叉中，以防止它们重新结合成双螺旋。
引物和引发酶
DNA聚合酶只能将核苷酸加到已存在的DNA链的三端末尾。（它们使用在三端末尾发现的游离-OH基团作为“钩子”，在聚合反应中向该基团添加核苷酸。）那么，DNA聚合酶如何在新的复制叉中添加第一个核苷酸？
它无法独立做到！问题在叫做引发酶的酶的帮助下得到解决。引发酶使核糖核酸成为引物，即与模板互补的，为DNA聚合酶提供三段末尾的短链核酸。引物 引发 DNA合成，即使其开始。
一旦核糖核酸引物到位，DNA聚合酶“展开”，一个一个添加核苷酸来制成一条与模板链互补的新的DNA链。
前导链和滞后链
在大肠杆菌中，处理大多数合成的DNA聚合酶是DNA聚合酶III。在复制叉中有两个DNA聚合酶III分子，每一个在两个新DNA链中的一个上工作。
DNA聚合酶只能在5‘到3‘的方向里制成DNA，这在复制期间是个问题。一个DNA双螺旋永远是反向平行的；换句话说，在另外的链从3’到5‘方向运作的同时，一条链在5‘到3‘的方向上。这使得必须以略微不同的方式制造两条与它们的模板反平行的新链。
一条从5'到3'向着复制叉运作的新链是简单的。因为DNA聚合酶和复制叉朝着同一方向移动，这条链持续不断地生成。这条连续不断的合成链叫做前导链。
另外一条远离叉从5'到3‘运作的新链比较棘手。因为当叉移动时，DNA聚合酶（远离叉）必须脱落并重新附着在新暴露的DNA上，所以这条链以碎片制成。这条棘手的、以碎片制成的链，被称为滞后链。
这些小碎片被称为冈崎片段，以发现它们的日本科学家命名。前导链可以从一个引物单独展开，而滞后链需要为每个短的冈崎片段提供引物。
维护和清理的成员
除了以上主要的以外，也需要一些其他的蛋白质和酶使DNA复制持续地顺利运作。一个蛋白质叫做滑动夹子，它在DNA聚合酶III合成DNA时维持它们的分子。滑动夹子是环状蛋白，并当新的冈崎片段重新开始时，使滞后链的DNA聚合酶不会浮动。
拓扑异构酶也在DNA复制期间起到了重要的修复角色。这种酶可以防止复制叉之前的DNA双螺旋在打开DNA时缠绕得太紧。 它的作用是在螺旋中形成临时刻痕以释放张力，然后密封刻痕以避免永久损坏。
最后，如果我们想要不包含任何核糖核酸或者缝隙的DNA，还有一些清理工作。核糖核酸引物被DNA通过DNA聚合酶I的活动移除并替代，一些其他聚合酶参与复制。更换引物后残留的缺口被 DNA连接酶密封。
大肠杆菌 中的DNA复制
让我们放大来看酶和蛋白质如何一起参与复制来合成新的DNA。
- 解旋酶 在复制叉打开DNA。
- 单链结合蛋白质 将DNA包覆在复制叉周围，以防止DNA复卷。
- 拓扑异构酶 在复制分支之前的区域工作，以防止超螺旋。
- 引发酶 合成与DNA链互补的核糖核酸引物。
- DNA聚合酶 III 展开引物，添加到3'末端，以制造大部分新DNA。
- 核糖核酸引物被DNA 聚合酶 I移除并替换。
- DNA碎片之间的空隙被 DNA连接酶 密封。
真核生物的DNA复制
DNA复制的基本原理在细菌和真核生物（例如人类）之间相似，但也存在一些差异：
- 真核生物通常具有多个线性染色体，每个都有多个复制起点。 人类最多可以复制
- 大多数 大肠杆菌 酶 在真核DNA复制中具有对应物，但单个 大肠杆菌 酶可能由真核生物中的多种酶代表。 例如，有五种人类DNA聚合酶在复制中起重要作用
- 大多数真核染色体是线性的。 由于形成滞后链的方式，线性染色体末端在每一轮的复制中丢失了一些DNA(端粒) 。