Science:DNA 复制体结构和工作原理首次被揭示

来源: 中国科学报 / 作者: 2019-01-28
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DNA 复制分子机制的研究一直是生命科学中最基本的问题之一。近日,美国国立卫生研究院杰出研究员杨薇课题组揭示了 DNA 复制体的结构和工作原理,相关成果发表在《科学》上。

DNA 的复制由多个蛋白组成的复制体协同完成,这些蛋白包括 DNA 聚合酶、DNA 螺旋酶、引发酶和若干辅助蛋白。早在 60 年前,人们就已经确认 DNA 是遗传物质,并且解析出了 DNA 的双螺旋结构。然而直到今天,复制体如何在 DNA 上组装并协同完成复制,依然没有明确的答案。

研究人员利用冷冻电镜技术,研究了模式生物 T7 噬菌体的 DNA 复制机制,并获得了第一个复制体复制 DNA 的三维结构。

在 DNA 复制过程中,双链 DNA 被解旋成前导链和滞后链,分别作为复制模板,前导链和滞后链则共同形成一个被称作 “复制叉” 的结构。

研究者发现,DNA 聚合酶、螺旋酶和引发酶紧密结合在 “T 形” 的复制叉周围,形成一个多层紧密分子结构。前导链和滞后链分别被 DNA 聚合酶和 DNA 螺旋酶捕获,两个酶向相反的方向拉伸母链 DNA,协同完成母链 DNA 的解旋。先导链直接被 DNA 聚合酶复制,而滞后链穿过螺旋酶后,先后被滞后链上的引发酶和 DNA 聚合酶捕获,作为复制模板被复制。

研究人员捕捉到复制体尤其是螺旋酶在复制过程中的多个分子构象,揭示了 DNA 复制的动态过程。这项研究是科学家第一次看到真正的复制叉。

相关论文信息:DOI:10.1126/science.aav7003

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