DNA 復制分子機制的研究一直是生命科學(xué)中最基本的問(wèn)題之一。近日,美國國立衛生研究院杰出研究員楊薇課題組揭示了 DNA 復制體的結構和工作原理,相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)》上。
DNA 的復制由多個(gè)蛋白組成的復制體協(xié)同完成,這些蛋白包括 DNA 聚合酶、DNA 螺旋酶、引發(fā)酶和若干輔助蛋白。早在 60 年前,人們就已經(jīng)確認 DNA 是遺傳物質(zhì),并且解析出了 DNA 的雙螺旋結構。然而直到今天,復制體如何在 DNA 上組裝并協(xié)同完成復制,依然沒(méi)有明確的答案。
研究人員利用冷凍電鏡技術(shù),研究了模式生物 T7 噬菌體的 DNA 復制機制,并獲得了第一個(gè)復制體復制 DNA 的三維結構。
在 DNA 復制過(guò)程中,雙鏈 DNA 被解旋成前導鏈和滯后鏈,分別作為復制模板,前導鏈和滯后鏈則共同形成一個(gè)被稱(chēng)作 “復制叉” 的結構。
研究者發(fā)現,DNA 聚合酶、螺旋酶和引發(fā)酶緊密結合在 “T 形” 的復制叉周?chē)?,形成一個(gè)多層緊密分子結構。前導鏈和滯后鏈分別被 DNA 聚合酶和 DNA 螺旋酶捕獲,兩個(gè)酶向相反的方向拉伸母鏈 DNA,協(xié)同完成母鏈 DNA 的解旋。先導鏈直接被 DNA 聚合酶復制,而滯后鏈穿過(guò)螺旋酶后,先后被滯后鏈上的引發(fā)酶和 DNA 聚合酶捕獲,作為復制模板被復制。
研究人員捕捉到復制體尤其是螺旋酶在復制過(guò)程中的多個(gè)分子構象,揭示了 DNA 復制的動(dòng)態(tài)過(guò)程。這項研究是科學(xué)家第一次看到真正的復制叉。
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