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DNA复制是生物体遗传信息传递的基础过程。在细胞分裂前,DNA必须精确复制,确保每个子细胞都能获得完整的遗传信息。DNA采用半保留复制机制,这意味着每个新形成的DNA分子都包含一条来自亲代的旧链和一条新合成的子链。
DNA复制的第一步是解旋过程。解旋酶是一种重要的酶,它能够结合到DNA双螺旋结构上,并沿着DNA分子移动。在解旋酶的作用下,DNA双螺旋中的氢键逐渐断裂,两条互补的DNA链开始分离。这个过程形成了一个Y形的复制叉结构,为后续的DNA合成提供了单链模板。
在DNA解旋后,引物酶开始在每条模板链上合成短的RNA引物。这些引物为DNA聚合酶提供了合成起始点。DNA聚合酶结合到引物上,按照碱基互补配对原则开始合成新的DNA链。腺嘌呤与胸腺嘧啶配对,胞嘧啶与鸟嘌呤配对。DNA聚合酶只能沿着5'到3'方向合成新链,这一特性对后续的复制过程有重要影响。
由于DNA聚合酶只能沿5'到3'方向合成,两条链的合成方式不同。前导链可以连续合成,因为它的合成方向与复制叉移动方向一致,只需要一个引物就能持续延伸。而随从链的合成方向与复制叉移动方向相反,因此必须不连续地合成,形成一系列短的DNA片段,称为冈崎片段。每个冈崎片段都需要一个新的RNA引物来启动合成。
DNA复制的最后阶段包括引物移除和片段连接。RNA引物被移除后,DNA连接酶将冈崎片段连接起来,形成完整的随从链。DNA聚合酶还具有校对功能,能够纠正合成过程中的错误,确保复制的准确性。最终,半保留复制过程完成,产生两个完全相同的DNA分子,每个都包含一条来自亲代的旧链和一条新合成的子链,为细胞分裂和遗传信息传递奠定了基础。