交互式 DNA 复制和转录分步动画:从双螺旋解旋到 mRNA 转录产出的完整过程
DNA 复制是半保留的:每条新 DNA 双链由一条母链和一条新合成链组成。复制从复制起点 (Origin) 开始,双向进行,形成复制叉。
前导链沿 5'→3' 方向朝复制叉连续合成。滞后链因方向相反,需以冈崎片段 (Okazaki fragments) 形式不连续合成,每个片段约 1000-2000 个碱基。
DNA 聚合酶具有 3'→5' 外切酶校对活性,错误率约 10⁻⁹。A-T 配对 2 个氢键,G-C 配对 3 个氢键,保证碱基互补配对的准确性。
利用 ATP 水解释放的能量打断碱基间的氢键,将双链 DNA 解开为两条单链,形成复制叉。
合成短的 RNA 引物(5-10 个核苷酸),为 DNA 聚合酶提供 3'-OH 起始点。DNA 聚合酶不能从头起始合成。
沿 5'→3' 方向催化脱氧核苷酸的磷酸二酯键形成,是复制的主要酶。具有校对功能,保证复制准确性。
将冈崎片段间的磷酸二酯键缺口封接,将不连续的滞后链片段连接为完整链。
读取 DNA 模板链,以碱基互补配对原则合成 mRNA(U 替代 T)。在细菌中只有一种 RNA 聚合酶。
Francis Crick 于 1958 年提出:遗传信息的流向为 DNA → RNA → 蛋白质。DNA 复制传递遗传信息,转录将 DNA 信息转为 mRNA,翻译在核糖体上将 mRNA 解码为蛋白质。
RNA 聚合酶识别启动子 → DNA 解旋形成转录泡 → 以模板链 (3'→5') 为模板合成 mRNA (5'→3') → 到达终止子释放 mRNA。转录后 mRNA 经剪接、加帽、加尾等加工。
mRNA 在核糖体上被解读:每 3 个碱基(密码子)对应一个氨基酸。tRNA 携带氨基酸通过反密码子与 mRNA 配对,逐个添加氨基酸形成多肽链。