DNA
Replication
作者：Tom Lee
索书号：Q523/D418y/2015/Y
ISBN：9781632391520
藏书地点：武大外教中心
DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，从一个原始DNA分子产生两个相同DNA分子的生物学过程。DNA复制是通过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的。DNA复制发生在所有DNA为遗传物质的生物体中，是生物遗传的基础。DNA双链在细胞分裂以前的分裂间期S期进行复制，复制的结果是一条双链变成两条一样的双链，每条双链都与原来的双链一样。这个过程通过边解旋边复制和半保留复制机制得以顺利完成。
DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段。DNA复制始于基因组中的特定位置(复制起点)，即启动蛋白的靶标位点。启动蛋白识别富含AT (富含腺嘌呤和胸腺嘧啶碱基)的序列，因为AT碱基对具有两个氢键(而不是CG对中形成的三个)，因此更易于DNA双链的分离。一旦复制起点被识别，启动蛋白就会募集其他蛋白质一起形成前复制复合物，从而解开双链DNA，形成复制叉。复制叉的形成是多种蛋白质及酶参与的较复杂的过程。这些酶包括单链DNA结合蛋白(single-stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白)和DNA解链酶(DNA helicase)。ssbDNA蛋白是较牢固结合在单链DNA上的蛋白质，作用是保证解旋酶解开的单链在复制完成前能保持单链结构，以四聚体的形式存在于复制叉处，等待单链复制后才脱下来，重新循环。因此，ssbDNA蛋白仅保持单链的存在，不起解旋作用。DNA解链酶能通过水解ATP获得能量以解开双链DNA。
DNA在复制前不仅是双螺旋而且处于超螺旋状态，而超螺旋状态的存在是解链前的必须结构状态，参与解链的除解链酶外，还有一些特定蛋白质。一旦DNA局部双链解开，就必须有ssbDNA蛋白以稳定解开的单链，保证此局部不会恢复成双链。两条单链DNA复制的引发过程有所差异，但是不论是前导链还是后随链，都需要一段RNA引物用于开始子链DNA的合成。因此前导链与后随链的差别在于前者从复制起始点开始按5'—3'持续的合成下去，不形成冈崎片段，后者则随着复制叉的出现，不断合成长约2-3kb的冈崎片段。
多种DNA聚合酶在DNA复制过程中扮演不同的角色。在大肠杆菌中，DNA Pol III是主要负责DNA复制的聚合酶。它在复制分支上组装成复制复合体，具有极高的持续性，在整个复制周期中保持完整。相反，DNA Pol I是负责用DNA替换RNA引物的酶。DNA Pol I除了具有聚合酶活性外，还具有5'至3'外切核酸酶活性，并利用其外切核酸酶活性降解RNA引物。Pol I在DNA复制中的主要功能是创建许多短DNA片段，而不是产生非常长的片段。在真核生物中，Pol α有助于启动复制，因为它与引物酶形成复合物。Pol ε和Pol δ负责前导链的合成。Pol δ还负责引物的去除，而Pol ε也参与复制期间DNA的修复 。
在复制叉附近，形成了以两套DNA聚合酶Ⅲ全酶分子、引发体和螺旋构成的类似核糖体大小的复合体，称为DNA复制体(replisome)。复制体在DNA前导链模板和滞后链模板上移动时便合成了连续的DNA前导链和由许多冈崎片段组成的滞后链。在DNA合成延伸过程中主要是DNA聚合酶Ⅲ的作用。当冈崎片段形成后，DNA聚合酶I通过其5'→3'外切酶活性切除冈崎片段上的RNA引物，同时，利用后一个冈崎片段作为引物由5'→3'合成DNA。最后两个冈崎片段由DNA连接酶将其接起来，形成完整的DNA滞后链。
真核生物在染色体的多个点开始DNA复制，因此复制叉在染色体的许多点处相遇并终止。由于真核生物具有线性染色体，DNA复制无法到达染色体的最末端。由于这个问题，在染色体末端的DNA在每个复制周期中都会丢失。端粒是接近末端的重复DNA区域，有助于防止基因丢失。端粒缩短是体细胞中的正常过程，它缩短了子DNA染色体的端粒。因此，在DNA丢失阻止进一步分裂之前，细胞只能分裂一定次数。 在生殖细胞中，端粒酶延伸端粒区域的重复序列以防止降解。
DNA复制的终止发生在特定的基因位点，即复制终止位点。该位点的终止位点序列被与该序列结合的阻止DNA复制的蛋白质识别并结合，阻止了复制叉前进，复制终止。细菌物的DNA复制末端位点结合蛋白又称Ter蛋白。因为细菌具有环状染色体，所以当两个复制叉在亲本染色体的另一端彼此相遇时复制终止发生。大肠杆菌通过使用终止序列来调节该过程，当该序列被Tus蛋白结合时，终止序列仅允许复制叉一个方向的通行。结果，复制叉总是在染色体的终止区域内相遇，导致复制终止。
DNA复制的特点有：1.半保留复制；2.有一定的复制起始点：DNA在复制时，需在特定的位点起始，这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段，即复制起始点(复制子)。在原核生物中，复制起始点通常为一个，而在真核生物中则为多个；3.需要引物：DNA聚合酶必须以一段具有3'端自由羟基(3'-OH)的RNA作为引物，才能开始聚合子代DNA链；4.双向复制；5.半不连续复制。
《DNA复制》一书于2015年由Callisto Reference出版社出版，作者是Tom Lee。这本书概述和回顾了关于DNA复制过程中的许多关键的知识。DNA复制是发育和生长的关键过程，与包括癌症在内的各种病理情况有关。这本书包含了作者对DNA复制整个过程的新的见解，主要包括两个大的部分：“驱动DNA复制的机器”和“在DNA复制过程中保护染色体完整性的机制”。本书也将DNA复制过程中问题进行了总结和汇编，为将来的研究提供理论依据。
本书作为研究DNA复制相关理论知识的专业书记，内容专业详实，语言浅显易懂，除此之外还有以下特点：
1、本书不仅介绍了DNA复制的基础知识，并结合具体实例的应用，使读者能够更加全面地了解DNA复制的过程以及各类酶的功能。
2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。
3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，并予以注解，大大方便了大家在阅读过程中对DNA复制研究的专业术语的认知。
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本书目录
第一部分：驱动DNA复制的机器
1.第三生命领域——古生代的DNA复制
2.扣动扳机引爆DNA复制装置。
3.复制型解旋酶——真核生物DNA复制的中心组织蛋白
4.MCM和RecQ解旋酶家族：在DNA复制和基因组稳定性和在人类疾病中的不同角色。
5.关于最小DNA自动复制系统的建议
6.复制过程中固有的无序蛋白质
7.FHA和BRCT结构域相互作用的延伸
第二部分：DNA复制过程中保护染色体完整性的机制
8.保护复制叉以应对核苷酸饥饿：避开复制叉解旋点
9.WRN解旋酶/核酸外切酶在DNA复制中的作用
兰天 武汉大学生命科学学院 硕士研究生