隨著DNA polⅢ向前移動，先導(dǎo)鏈的合成逐漸延長的同時，崗崎片段也在不斷延長，這一嚕噗也在不斷擴(kuò)大。當(dāng)崗崎片段合成到前一個片段的5′端時，這一大嚕噗就釋放出來，由于復(fù)制叉向前移動又可將另一部分隨從鏈的模板置換出來，由引發(fā)體合成新的引物，然后再形成一個小的嚕噗，進(jìn)行新的崗崎片段的合成。由此模型不難看出：隨從鏈的合成需要周期性的引發(fā)，因此其合成進(jìn)度總是與前導(dǎo)鏈相差一個崗崎片段的長度。崗崎片段完成后，其5′端的RNA引物由DNa polⅠ的5′→3′外切酶活性切除，由此造成的空隙再由DNA polⅠ的5′→3′聚合活性催化dNTP得到填補(bǔ)。所以DNA的復(fù)制是在DNa polⅢ和DNA polⅠ互相配合下完成的。
下面列表說明三種大腸桿菌DNA聚合酶的特性
表16－1 大腸桿菌DNA聚合酶特征
| DNA聚合酶Ⅰ | DNA聚合酶Ⅱ | DNA聚合酶Ⅲ | |
| 分子量 | 109KD | 120KD | ＞600KD |
| 每個細(xì)胞中的分子數(shù) | 400 | 17-100 | 10-20 |
| 5′→3′聚合活性 | + | + | + |
| 37℃轉(zhuǎn)化率核苷酸數(shù)／酶分子·分鐘 | 600 | 30 | 30,000 |
| 5′→3′外切活性 | + | - | - |
| 5′→3′外切活性 | + | + | + |
| 切刻平移活性 | + | - | - |
| 對dNTP親和力 | 低 | 低 | 高 |
| 功能 | 修復(fù) | 不詳 | 復(fù)制 |
| 去除引物 | |||
| 填補(bǔ)空缺 |
真核生物DNA聚合酶
真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ及ε。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征見表16－2。
表16-2 真核生物DNA聚合酶
| α | β | γ | δ | ε | |
| 亞基數(shù) | 4 | 4 | 4 | 2 | 5 |
| 分子量（KD) | ＞250 | 36-38 | 160-300 | 170 | 256 |
| 細(xì)胞內(nèi)定位 | 核 | 核 | 線粒體 | 核 | 核 |
| 5′→3′聚合活性 | ＋ | ＋ | ＋ | ＋ | ＋ |
| 3′→5′外切活性 | － | － | － | － | － |
| 功能 | 復(fù)制、引發(fā) | 修復(fù) | 復(fù)制 | 復(fù)制 | 復(fù)制 |
真核細(xì)胞在DNA復(fù)制中起主要作用的是DNA polα，主要負(fù)責(zé)染色體DNA的復(fù)制。DNa polβ的模板特異性是具有缺口的DNA分子，被認(rèn)為它與DNA修復(fù)有關(guān)。DNa polγ在線粒體DNA的復(fù)制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且還具有3′→5′外切酶活性，據(jù)認(rèn)為真核生物DNA復(fù)制是在DNa polα和DNA polδ協(xié)同作用下進(jìn)行的，前導(dǎo)鏈的合成靠DNA polδ催化，并且還需要一種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子椩鮒誠赴絲乖?proliferating cell nucleus antigen, PCNA)參與。而隨從鏈的合成靠DNA polα和引發(fā)酶配合作用完成。
(二)與超螺旋松馳有關(guān)的酶：
DNA復(fù)制從起始點開始向一個方向復(fù)制時，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解鏈酶的作用，打開后的單鏈還需要單鏈結(jié)合蛋白與其結(jié)合，在復(fù)制叉向前移動時造成其前方DNA分子所產(chǎn)生的正超螺旋，必須由拓?fù)洚悩?gòu)酶來解決。下面分別介紹它們的作用。
拓?fù)洚悩?gòu)酶(topoisomerase)是一類改變DNA拓?fù)湫再|(zhì)的酶。在體外可催化DNA的各種拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)，而在生物體內(nèi)它們可能參與了DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。在DNA復(fù)制時，復(fù)制叉行進(jìn)的前方DNA分子部分產(chǎn)生有正超螺旋，拓?fù)涿缚伤神Y超螺旋，有利于復(fù)制叉的前進(jìn)及DNA的合成。DNA復(fù)制完成后，拓?fù)涿赣挚蓪NA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質(zhì)。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。表16－3
表16－3 大腸桿菌和真核生物中的拓?fù)洚悩?gòu)酶
| 類型 | 作用 | 對超螺旋的作用 |
| Ⅰ型拓?fù)洚悩?gòu)酶 | ||
| 大腸桿菌 | 切開一股DNA鏈 | 松馳負(fù)超螺旋 |
| 真核生物 | 切開一股DNA鏈 | 松馳正，負(fù)超螺旋 |
| Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶 | ||
| 大腸桿菌 | 切開二股DNA鏈 | 構(gòu)馳正超螺旋； |
| 依賴ATP | 引入負(fù)超螺旋， | |
| 解環(huán)連等 | ||
| 真核生物 | 切開二股DNA鏈 | 松馳正超旋， |
| 依賴ATP | 但不能引入負(fù)超螺旋 |
拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動，然后再將切口封起來。這就使DNA復(fù)制叉移動時所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復(fù)制叉繼續(xù)向前打開。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ除上述作用外，對環(huán)狀單鏈DNA還有打結(jié)或解結(jié)作用，對環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用(圖16－13)。
圖16－１3 拓?fù)涿涪窦阿虻淖饔锰攸c
(a)大腸桿菌拓?fù)涿涪翊呋?種拓?fù)洚悩?gòu)化作用 (b)拓?fù)涿涪虻淖饔?/P>
拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的，曾被稱為旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)，它們作用特點是切開環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經(jīng)切口穿過而旋轉(zhuǎn)，然后封閉切口，TopoⅡ還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應(yīng)不需要ATP參與。DNA復(fù)制完成后，TopoⅡ在ATP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)超螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓?fù)洚悩?gòu)化反應(yīng)還有環(huán)連或解環(huán)連，以及打結(jié)或解結(jié)。
