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来自美国加利福尼大学的科学家 Stephen 博士在顶级杂志《Cell》上发表成果称,所在团队创奇迹般的摄录了单个 DNA 分子复制的近距离高清无码影像。

事实证明人类半个多世纪以来“臆想”的模型是何其错误百出,此发现彻底改写我们高中所学的生物知识。

什么是 DNA 复制?DNA(脱氧核糖核酸)复制是生物遗传的基础,是所有生物体中最基本的过程。

DNA 双股螺旋结构是由两股方向相反的去氧核醣核酸长链构成,两股分别带有以 ATCG 代表的硷基序列,A 能和 T 形成键结,而 C 和 G 形成键结,两股 DNA 序列就能以这种“互补”方式互相结合。

DNA 复制过程的第一个步骤所需酵素称为解旋酶(helicase),它能将螺旋结构展开并将两股 DNA 拉开成两个单股序列。

接着,另一个酵素引子酶(primase)会作为引子分别和单股 DNA 结合,让 DNA 聚合酶(DNA polymerase)得以附着在引子酶上开始复制。

复制之后,DNA 聚合酶会沿着单股 DNA 模板将互补序列一个一个加上,慢慢形成新的双股 DNA。

由于两股双螺旋方向相反,聚合酶在两股链上背道而驰。其中一股被称为先导链,聚合酶连续移动,新链尾随其后。

另一股被称为后随链,以相反方向(相对于先导链聚合酶移动方向)结合、移动和脱落,重复循环工作,合成一系列DNA短片段(冈崎片段)。两条链上聚合酶协调工作,复制速度基本保持一致。

传统观念中,DNA 双螺旋结构由 4 类不同碱基相互交织成链。在遵循碱基互补配对原则、半保留复制与半不连续复制等规则的条件下,解旋酶、DNA 聚合酶与连接酶等物质分别作用于链状结构,使得新产生的遗传物质与母体完全匹配。

其中最为特别的现象是位于前导链与滞后链上的 DNA 聚合酶在某种程度上彼此协调,以避免在解旋时引发突变。

该团队到底发现了什么?团队的科研人员从大肠杆菌中提取出单个 DNA 分子并施加着色剂,令科学家震惊的是,实时镜头显示出真实的 DNA 在复制过程中,连接酶并不相互协调,而是每条单链高度独立复制,充满随机性,最后却能够完美与母链相匹配!

在镜头中,时而滞后链停止运行,但前导链继续增长,时而其中一条链突然以 10 倍正常速度开始复制,毫无规律可寻!此外,由于缺乏协调性,DNA 甚至可以一脚踢开解旋酶来暂停复制,以使 DNA 聚合酶赶上进度。

除此之外,研究团队发现解旋酶中有类似机械操作的失能开关(dead man’s switch)机制。

当解旋酶不断向前解开 DNA 双股结构,但后方聚合酶已停止运作时,解旋酶打开的部分单股 DNA 会特别脆弱,但也无法马上复制回复成双股结构,此时暴露在外的单股 DNA 就会发出讯号,活化修复所需酵素。

与此同时,脱离其他复制单元独自往前的解旋酶也会将前进速率降低约 5 倍,缓慢前进直到后面其他酵素重新跟上,再回复原先的速率。

这一对 DNA 复制研究的最新发现,足以引发科学界对 DNA 复制与遗传稳定性的重新思考!

如果这两条链独立运作,那么解旋的 DNA 如何知道做到确保复制过程有条不紊的进行?又如何在特定的时间点控制复制速度来避免遗传突变?而生物体的遗传几率究竟有多少?绝对存在遗传的必然性吗?

科学家表示,这些发现会改变我们对 DNA 复制及其他生化反应的看法,原先对这些生物体内机制的既有观念可能要大幅修正。但是想要解决这些问题,科学家们还有很长的路要走。

来源:搜狐网     时间:2018-03-05

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