生物大分子如何復制

A. DNA雙向復制

DNA復制是指DNA雙鏈在細胞分裂以前的分裂間期進行的復制過程，復制的結果是一條雙鏈變成兩條一樣的雙鏈（如果復制過程正常的話），每條雙鏈都與原來的雙鏈一樣。

1、半保留復制

半保留復制（semiconservative replication）是指子代DNA分子中，一條鏈來自親代，另一條鏈為新合成的鏈。

2、雙向復制

原核生物單起點雙向復制

真核生物多起點雙向復制

3、半不連續復制

半不連續復制是指DNA復制時，前導鏈上DNA的合成是連續的，後隨鏈上是不連續的，故稱為半不連續復制，由1968年岡崎提出DNA不連續復制模型。

(1)生物大分子如何復制擴展閱讀:

DNA復制從起始序列開始單向或雙向進行。合成DNA雙螺旋的兩條鏈是反向平行排列的，其中一條鏈的起始端與另一條鏈的末尾端平行排列在一起，每一個復制叉只有一條鏈是按照從尾到頭的正確方向指導新鏈從頭到尾方向合成。

根據這條指導鏈，DNA復制持續向前合成復制叉。

DNA復制不能沿滯後鏈進行，也就是說，從頭到尾的DNA鏈，直到已經復制了足夠長度的DNA分子，否則DNA復制不會繼續沿著模本鏈進行復制，DNA復制於是從新合成復制叉處分開。

在復制過程中必須暫停並等待更多的親本DNA鏈片段，而此時整個長度只是沿著開始到結束方向前進了一小段距離。

DNA復制為邊解旋邊復制，原核生物一般是單個復制起點，真核生物多個復制起點。

B. dna復制的主要方式是

DNA分子在生物體內的合成有三種方式：（1）DNA指導的DNA合成，也稱復制，是細胞內DNA最主要的合成方式。遺傳信息儲存在DNA分子中，細胞增殖時，DNA通過復制使遺傳信息從親代傳遞到子代。（2）修復合成，即DNA受到損傷（突變）後進行修復，需要進行局部的DNA的合成，用以保證遺傳信息的穩定遺傳。（3）RNA指導的DNA合成，即反轉錄合成，是RNA病毒的復制形式，以RNA為模板，由逆轉錄酶催化合成DNA。
DNA的雙螺旋結構是復制的結構基礎。DNA復制的實質為酶催化的脫氧核糖核苷酸的聚合反應。復制開始時，親代雙鏈DNA分子解開，分別作為模板，在DNA依賴的DNA聚合酶催化下，按照鹼基配對的原則，將四種脫氧核苷酸連接成DNA大分子，合成產物的鹼基序列與模板DNA的鹼基序列是互補的，子代DNA雙鏈分子中，一條來自親代的模板鏈，另一條為新合成的鏈，故稱半保留復制，是生物體最主要的DNA合成方式；合成過程中，自5』3』連續合成一條領頭鏈，不連續地合成一些片斷，而後連成一條隨從鏈，所以DNA合成是半不連續合成。反應過程復雜，首先螺旋鬆弛，雙鏈打開，形成復制叉，然後復制的引發，包括合成引物，形成引發體，最後是DNA鏈的延長與終止。每一階段需要有許多酶和蛋白因子參與，包括拓撲異構酶，用於理順解鏈過程中造成的鏈的盤繞、打結等現象；解螺旋酶在蛋白因子的輔助下結合於復制起始點，並打開雙鏈，由單鏈結合蛋白穩定解開的兩股單鏈；引物酶及其它輔助蛋白因子在打開的雙鏈上催化合成引物，由引物提供3』-OH，與原料dNTP的5』-P形成磷酸二酯鍵，然後DNA聚合酶催化這一聚合反應的進行，而DNA連接酶將復制中的不連續片段連接成完整的鏈。真核生物的復制與原核生物相比，為多個起始點、5種DNA聚合酶以及有端粒復制等特點。

C. 論述生物大分子的自我復制過程

也叫"自體復制"（self-plication）．生物體內通過代謝作用，按照原有結構復製成為完全相同的結構的生物合成過程．例如脫氧核糖核酸（DNA)在生物體內以原有的DNA分子為模板,合成兩個完全相同的DNA分子的過程.

D. 細胞分裂時候dna是如何復制的

細胞分裂間期，dna在解旋酶的作用下解旋，然後以一條母鏈為模版在dna聚合酶的作用下生成新的DNA，這稱為半保留復制

E. DNA復制的高保真性是如何實現的

在真核細胞中，DNA 的復制被嚴格的調控，以確保遺傳物質傳遞的保真性，DNA復制起始的控制機制確保了DNA在一個細胞周期中只能被復制一次，使 DNA的合成被嚴格地控制在S期。

真核生物以復制子為單位進行復制，因此引物和隨後的岡崎片段都比原核生物短，而岡崎片段的長度大約與核小體中DNA的鹼基對相同。

(5)生物大分子如何復制擴展閱讀：

真核生物以復制子為單位進行復制，因此引物和隨後的岡崎片段都比原核生物短，而岡崎片段的長度大約與核小體中DNA的鹼基對相同。

染色體兩端DNA子鏈上的最後一個復制RNA引物被移除，留下一個缺口。如果剩餘的單鏈沒有及時填充成雙鏈，就會被酶水解。這樣，越白，污漬越短。真核生物中線性DNA分子末端的結構。在形態上，染色體的DNA端膨大成顆粒。

F. 簡述dna復制的過程

DNA雙螺旋的解旋
DNA在復制的時候，在DNA解旋酶的作用下，雙鏈首先解開，形成了復制叉，而復制叉的形成則是由多種蛋白質和酶參與的較復雜的復制過程
（1）單鏈DNA結合蛋白（single—stranded DNA binding protein,ssbDNA蛋白）
ssbDNA蛋白是較牢固結合在單鏈DNA上的蛋白質。原核生物ssbDNA蛋白和DNA結合時表現出協同效應：如果第一個ssbDNA蛋白結合到DNA上去能力為1，第二個的結合能力可高達103；真核生物細胞里的ssbDNA蛋白與單鏈DNA結合時則不表現上述效應。ssbDNA蛋白作用是保證解旋酶解開的單鏈在復制完成前能保持單鏈結構，以四聚體的形式存在於復制叉處，等待單鏈復制後才脫下來，重新循環。因此，ssbDNA蛋白僅保持單鏈的存在，是不起解旋作用。
（2）DNA解鏈酶（DNA helicase）
DNA解鏈酶可以通過水解ATP獲得能量以解開雙鏈DNA。這一種解鏈酶分解ATP的活性依賴於單鏈DNA的存在。若雙鏈DNA中有單鏈末端或切口，則DNA解鏈酶能首先結合在這一部分，然後逐步向雙鏈的方向移動。復制時，大部分DNA解旋酶沿滯後模板的5』—〉3』方向並隨著復制叉的前進而移動，只有個別解旋酶（Rep蛋白）是沿著3』—〉5』方向移動。因而推測Rep蛋白和特定DNA解鏈酶是分別在DNA的兩條母鏈上協同作用以解開雙鏈DNA。
（3）DNA解鏈過程
DNA在復制前不僅為雙螺旋而且處於超螺旋狀態，而超螺旋狀態的存在為解鏈前的必須結構狀態，參與解鏈的除解鏈酶外有一些特定蛋白質，比如大腸桿菌中的Dna蛋白等。一旦DNA局部雙鏈被解開，就必須有ssbDNA蛋白以穩定解開單鏈，保證此局部不會恢復為雙鏈。兩條單鏈DNA復制的引發過程是有所差異，可是不論是前導鏈還是後隨鏈，都需要一段RNA引物用於開始子鏈DNA合成。因此前導鏈和後隨鏈的差別在於前者從復制起始點開始按5』—3』持續的合成下去、不形成岡崎片段、後者則隨著復制叉的出現、不斷合成長約2—3kb的岡崎片段。
岡崎片段與半不連續復制
因為DNA的兩條鏈是反向平行的，所以在復制叉附近解開的DNA鏈，一條為5』—〉3』方向，另一條為3』—〉5』方向，兩個模板極性是不同。所有已知DNA聚合酶合成方向均為5』—〉3』方向，不為3』—〉5』方向，所以無法解釋DNA的兩條鏈同時進行復制的問題。解釋DNA兩條鏈各自模板合成子鏈等速復制現象，日本的學者岡崎（Okazaki）等人提出了DNA的半連續復制（semidiscontinuous replication）模型。在1968年，岡崎用3H脫氧胸苷短時間標記大腸桿菌，提取DNA，變性之後用超離心方法得到了許多3H標記的，被後人稱作為岡崎片段的DNA。延長標記時間之後，岡崎片段可轉變為成熟的DNA鏈，所以這些片段必然是復制過程中的中間產物。另一個實驗也證明DNA復制過程里首先合成較小的片段，即用DNA連接酶溫度敏感突變株進行的試驗，在連接酶不起作用的溫度中，便產生大量小DNA片段積累，表明DNA復制過程里至少有一條鏈首先合成較短的片段，之後再由連接酶鏈成大分子DNA。一般說，原核生物的岡崎片段比真核生物長。深入研究還可證明，前導鏈的連續復制與滯後鏈的不連續復制在生物界具有普遍性，故稱為DNA雙螺旋的半不連續復制。
端粒和端粒酶
在1941年，美籍印度人麥克林托克（Mc Clintock）就提出端粒（telomere)的假說，指出染色體末端必然存在一種特殊結構——端粒。已知染色體端粒的作用至少有2：a.保護染色體末端免受損傷，使染色體保持穩定；b. 與核纖層相連，使染色體得以定位。
弄清楚DNA復制過程之後，在20世紀70年代，科學家對DNA復制時新鏈5』端的RNA引物被切除之後，空缺為如何被填補的提出了質疑。如果不填補豈不是DNA每復制一次就短一點。後隨鏈復制為例，RNA引物被切除後，岡崎片段之間是由DNA聚合酶I催化合成的DNA填補之，然後再由DNA連接酶將它們連接成了一條完整的鏈。可是DNA聚合酶I催化合成DNA時，需要自由3』—OH作為其引物，最後餘下子鏈的5』則無法填補，於是染色體就短一點。
在正常體細胞里普遍存在著染色體酶復制一次端粒就短一次的現象。推測，可能一旦端粒縮短至某一閾限長度一下時，就會發出一個警報，指令細胞進入到衰老；或許為當細胞判斷出它們的染色體已變得太短了，所以是分裂也就停止了，造成了正常體細胞壽命有一定界限。可是在癌細胞中染色體端粒卻一直維持在一定長度上，這是為什麼，這是因為DNA復制之後，將染色體末端短缺部分補上需要端粒酶，是一種含有RNA的酶，其既解決了模板，又解決引物的問題。在生殖細胞與85%癌細胞中都測出了端粒酶具有活性，可是在正常體細胞中卻無活性，20世紀90年代中期Blackburn首次在原生動物中克隆出端粒酶基因。
端粒酶在癌細胞里具有活性，不僅使癌細胞可以不斷分裂增生，且為癌變前的細胞或已經是癌性的細胞提供了時間，積累附加的突變，即等於增加了它們復制，侵入與最終轉移的能力。同時人們也由此萌生開發以端粒為靶的葯物，即通過抑制癌細胞里端粒酶活性而達到治療癌症的目的。
至於真核細胞DNA末端結構特點，早就在1978年，Blackburn就以原生動物四膜出（一種纖毛蟲）為例說明之：a.迥紋形式的發夾環；b.僅由C,A組成的簡單序列大量重復（C4A2）20~70；c.鏈上有許多缺口（nicks）

G. DNA分子復制有幾種方式

DNA雙螺旋的解旋 DNA在復制時，其雙鏈首先解開，形成復制叉，而復制叉的形成則是由多種蛋白質及酶參與的較復雜的復制過程 （1）單鏈DNA結合蛋白（single—stranded DNA binding protein, ssbDNA蛋白） ssbDNA蛋白是較牢固的結合在單鏈DNA上的蛋白質。原核生物ssbDNA蛋白與DNA結合時表現出協同效應：若第1個ssbDNA蛋白結合到DNA上去能力為1，第2個的結合能力可高達103；真核生物細胞中的ssbDNA蛋白與單鏈DNA結合時則不表現上述效應。ssbDNA蛋白的作用是保證解旋酶解開的單鏈在復制完成前能保持單鏈結構，它以四聚體的形式存在於復制叉處，待單鏈復制後才脫下來，重新循環。所以，ssbDNA蛋白只保持單鏈的存在，不起解旋作用。 （2）DNA解鏈酶（DNA helicase） DNA解鏈酶能通過水解ATP獲得能量以解開雙鏈DNA。這種解鏈酶分解ATP的活性依賴於單鏈DNA的存在。如果雙鏈DNA中有單鏈末端或切口，則DNA解鏈酶可以首先結合在這一部分，然後逐步向雙鏈方向移動。復制時，大部分DNA解旋酶可沿滯後模板的5』—〉3』方向並隨著復制叉的前進而移動，只有個別解旋酶（Rep蛋白）是沿著3』—〉5』方向移動的。故推測Rep蛋白和特定DNA解鏈酶是分別在DNA的兩條母鏈上協同作用以解開雙鏈DNA。 （3）DNA解鏈過程 DNA在復制前不僅是雙螺旋而且處於超螺旋狀態，而超螺旋狀態的存在是解鏈前的必須結構狀態，參與解鏈的除解鏈酶外還有一些特定蛋白質，如大腸桿菌中的Dna蛋白等。一旦DNA局部雙鏈解開，就必須有ssbDNA蛋白以穩定解開的單鏈，保證此局部不會恢復成雙鏈。兩條單鏈DNA復制的引發過程有所差異，但是不論是前導鏈還是後隨鏈，都需要一段RNA引物用於開始子鏈DNA的合成。因此前導鏈與後隨鏈的差別在於前者從復制起始點開始按5』—3』持續的合成下去，不形成岡崎片段，後者則隨著復制叉的出現，不斷合成長約2—3kb的岡崎片段。 岡崎片段與半不連續復制 因DNA的兩條鏈是反向平行的，故在復制叉附近解開的DNA鏈，一條是5』—〉3』方向，另一條是3』—〉5』方向，兩個模板極性不同。所有已知DNA聚合酶合成方向均是5』—〉3』方向，不是3』—〉5』方向，因而無法解釋DNA的兩條鏈同時進行復制的問題。為解釋DNA兩條鏈各自模板合成子鏈等速復制現象，日本學者岡崎（Okazaki）等人提出了DNA的半連續復制（semidiscontinuous replication）模型。1968年岡崎用3H脫氧胸苷短時間標記大腸桿菌，提取DNA，變性後用超離心方法得到了許多3H標記的，被後人稱作岡崎片段的DNA。延長標記時間後，岡崎片段可轉變為成熟DNA鏈，因此這些片段必然是復制過程中的中間產物。另一個實驗也證明DNA復制過程中首先合成較小的片段，即用DNA連接酶溫度敏感突變株進行試驗，在連接酶不起作用的溫度下，便有大量小DNA片段積累，表明DNA復制過程中至少有一條鏈首先合成較短的片段，然後再由連接酶鏈成大分子DNA。一般說，原核生物的岡崎片段比真核生物的長。深入研究還證明，前導鏈的連續復制和滯後鏈的不連續復制在生物界具有普遍性，故稱為DNA雙螺旋的半不連續復制。

H. DNA復制為什麼需要RNA聚合酶

DNA聚合酶不能從頭合成，必須識別上一個核苷酸的3'-OH，然後合成DNA鏈，RNA聚合酶則不需要。所以生物體內DNA復制時需要RNA聚合酶合成引物，接著由DNA聚合酶合成DNA。

脫氧核糖核酸（英文DeoxyriboNucleic Acid，縮寫為DNA）是生物細胞內含有的四種生物大分子之一核酸的一種。DNA攜帶有合成RNA和蛋白質所必需的遺傳信息，是生物體發育和正常運作必不可少的生物大分子。

DNA 分子結構中，兩條多脫氧核苷酸鏈圍繞一個共同的中心軸盤繞，構成雙螺旋結構。脫氧核糖-磷酸鏈在螺旋結構的外面，鹼基朝向裡面。兩條多脫氧核苷酸鏈反向互補，通過鹼基間的氫鍵形成的鹼基配對相連，形成相當穩定的組合。

DNA是由重復的核苷酸單元組成的長聚合物，鏈寬2.2到2.6納米，每個核苷酸單體長度為0.33納米。盡管每個單體占據相當小的空間，但DNA聚合物的長度可以非常長，因為每個鏈可以有數百萬個核苷酸。例如，最大的人類染色體（1號染色體）含有近2.5億個鹼基對。

DNA的雙螺旋通過在兩條鏈上存在的含氮鹼基之間建立的氫鍵來穩定。組成DNA的四種鹼基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。所有四種鹼基都具有雜環結構，但結構上腺嘌呤和鳥嘌呤是嘌呤的衍生物，稱為嘌呤鹼基。