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复制过程中的任何错误都将导致突变的发生,进而导致遗传信息发生改变,并传递至子细胞中。
DNA的合成是一个持续不间断的过程,大约需要占用一个完整细胞周期的三分之一时间。
对细菌而言,一个细胞周期可能仅持续几分钟,而在简单的真核生物(如酵母菌)中则需要花费数小时。
与之不同,大多数哺乳动物的一个细胞周期约持续24小时。
在人体内,只有一小部分细胞可以每天分裂。
例如,我们每天都会制造一层新的皮肤细胞,并不断地对肠道表面进行修复。
但与此同时,有些神经细胞却可以存活一生之久。
DNA的复制发生于遍布整个细胞核的大约100个“复制工厂”
中。
DNA被送入复制机器中,就像胶片放到放映机中,可额外获得一幅同胶片一样的图像。
若想从分子水平对这一过程进行准确描述,恐怕得用两本书的内容来细细讲述,因此接下来我们将对细胞间遗传信息传递的总过程进行简要的概述。
DNA复制的第一步是将DNA螺旋解开,以提供新链合成的模板——两条单链的原始DNA。
这一过程在原核生物中相对简单(因为其DNA**在细胞中)。
而在真核生物中,仅从一端开始复制将耗费大量时间。
因此,一种被称为解旋酶的蛋白酶会在DNA上的1000个不同位点打开DNA双链结构,我们可以利用一段扭绳来理解这一过程中的拓扑学原理。
在复制过程中,首先需要将螺旋结构中的其中一条链切断,这样才能将双链DNA解开。
此时,参与复制的主要蛋白酶——DNA聚合酶将锚定在这些“复制叉”
处,以每秒100个碱基的速率按照正确的顺序向新链中添加新的核苷酸碱基(如图10所示)。
细菌能够以更高的速率进行这一过程——每秒可高达1000个碱基。
尽管复制速度很快,准确度却很高,因为细胞内存在相关的蛋白,可以对任何错配的核苷酸进行校对与纠正。
通常每合成10亿个核苷酸才会产生一个错误。
转录
转录是利用遗传信息产生新的蛋白质的第一步。
DNA中的一条链(称为编码链)将作为模板,进而生成一段RNA序列(mRNA)(如图11所示)。
这一段mRNA将在之后作为蛋白质合成的模板。
与DNA复制相类似,RNA的合成也是沿着DNA模板进行的,但这一过程所用到的蛋白酶是RNA聚合酶而非DNA聚合酶。
此外,mRNA使用了另一种核苷酸碱基——尿嘧啶(U),而非DNA中的胸腺嘧啶(T)。
在新转录的RNA离开细胞核之前,其前端会进行加帽修饰,而其后端也会连上一个尾巴结构。
在转录过程中,DNA序列中无法编码蛋白的部分将通过RNA剪接过程除去。
之后,新合成的mRNA将被一个蛋白质标记,进而通过核孔进入细胞质,与核糖体结合并开始形成新的蛋白质。
图10DNA复制
a.复制叉。
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