DNA复制与修复

细胞在分裂前会以惊人的准确性复制其整个基因组，并且修复系统网络会持续纠正损伤和错误，否则这些损伤和错误会破坏遗传序列。

Definition

DNA复制是基因组的半保留复制，其中每个亲代链都作为新互补链的模板，而DNA修复是检测和纠正损伤和复制错误的一系列酶促途径。

Scope

本主题涵盖半保留复制和Meselson-Stahl实验、复制叉及其前导链和滞后链以及冈崎片段、DNA聚合酶、解旋酶、引物酶和连接酶的作用、校对和合成保真度，以及主要的修复途径，包括错配修复、碱基切除修复、核苷酸切除修复和双链断裂修复。它阐述了序列如何被复制和保存；尽管有这些系统，序列如何变化将在突变部分讨论。

Core questions

• Meselson-Stahl实验如何证明复制是半保留的？
• 为什么复制叉处的两条链必须以不同的方式合成？
• 校对和错配修复如何实现基因组极低的错误率？
• 哪些修复途径处理哪些类型的DNA损伤？

Key concepts

• 半保留复制和Meselson-Stahl实验
• 复制叉、前导链和滞后链、冈崎片段
• DNA聚合酶、解旋酶、引物酶和连接酶
• 校对和复制保真度
• 错配修复、切除修复和双链断裂修复

Mechanisms

解旋酶解开双链，引物酶放置RNA引物，DNA聚合酶以五端到三端方向延伸新链，在前导链上连续延伸，在滞后链上则以冈崎片段的形式延伸，这些片段随后由连接酶连接；聚合酶校对和复制后错配修复，以及用于化学和紫外线损伤的切除途径，使突变率保持极低。

Clinical relevance

DNA修复缺陷会导致遗传性疾病和癌症易感性，例如由核苷酸切除修复缺陷引起的着色性干皮病和由错配修复缺陷引起的Lynch综合征，而复制酶是实验室DNA扩增的基础。

History

Meselson和Stahl在1958年使用密度标记的DNA证实了半保留复制，Kornberg分离出第一个DNA聚合酶，1960年代后期发现的冈崎片段解决了滞后链的合成方式；在随后的几十年里，通过细菌和人类遗传学研究，修复途径被逐步绘制出来。

Key figures

• Matthew Meselson
• Franklin Stahl
• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki

Seminal works

• meselsonStahl1958

Frequently asked questions

什么是冈崎片段？

它们是滞后链上不连续合成的短DNA片段，因为该链只能沿与复制叉移动方向相反的方向合成；一种称为DNA连接酶的酶随后将它们连接成连续的链。

细胞如何保持复制如此精确？

DNA聚合酶在合成时进行校对，去除错配的核苷酸，并且一个独立的错配修复系统随后扫描新合成的DNA，两者共同将错误率降低到每十亿个碱基大约一个错误。