DNA复制

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当你看着一个人的时候，你实际上是在看一个由大约一万亿克隆细胞组成的生物，所有这些细胞一起工作，做一些事情，比如走路，长皮肤，或者想出新的真人秀节目。那么为什么每个细胞都有几乎相同的DNA呢?答案是DNA复制，DNA合成的过程。

DNA是生物学中的一个重要课题。所以在选择题和作文部分都会有关于DNA复制的问题。所以我要做的是，我要先快速回顾一下DNA合成的概况，以及它在细胞周期中的重要性。然后我会深入了解整个过程是如何开始的。然后我会讲它是如何继续的，然后像这个介绍一样，我会告诉你们它是如何结束的。

如我所说，DNA复制对细胞分裂很重要。那什么时候呢?事实证明，细胞的大部分生命都在一个叫做间期的阶段中度过。如果你学过细胞分裂，你应该知道这一点。所以生命周期的这个阶段，这个间期是细胞生长并经历正常过程的时候。当细胞准备开始细胞分裂时，它需要确保它有两个正在被创造的子细胞的DNA。这就是DNA复制的开始。

在那之前，DNA以一种叫做染色质的形式存在。染色质是缠绕在组蛋白池周围的松散的DNA。然而，当它准备好进行DNA合成时，它必须准备好开始复制。

记住，在细胞的细胞质和核质中有大量的核苷酸。他们来自哪里?当你吃以前是活的东西时，你可以把它的DNA切成单个的核苷酸。此外，如果需要的话，你还能得到一些酶，它们可以制造DNA复制中需要的原料。

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让我们进一步了解一下DNA复制是如何开始的。首先，如果你要复制它，你必须打开螺旋。这就产生了这些被称为复制气泡的开口。对于原核生物，比如细菌，它们只有一个DNA分子。它是一个圆圈，它甚至没有缠绕在组蛋白上。所以DNA复制的整个过程，虽然它在分子水平上的行为很像真核DNA复制，但原核DNA复制只从一个复制泡开始。这发生在一个叫做“原点”的地方。一个气泡不断膨胀，直到它绕着圆转，最后你得到了两个新的环状DNA分子。

像你我这样的真核生物，我们有更多的DNA。你的一个细胞里有大约六英尺长的DNA。所以如果你只是从一个地方开始，或者在46条染色体上，如果你只是从那里开始，每个染色体一个，这将会花费太长时间。相反，你的DNA上有很多复制泡。

发生的事情是，你开始按照腺嘌呤连接到胸腺嘧啶，鸟嘌呤连接到胞嘧啶的标准碱基配对规则进行复制。这就是夏加夫法则。随着时间的推移，您将看到我们的复制气泡将不断扩大，直到它们最终合并。然后他们的努力结合在一起。我们最终得到了两个新的DNA分子。值得注意的是，我们最初的DNA分子是红色的，我们正在建造的新DNA分子是蓝色的。你会看到两个分子，两个双螺旋中的每一个，一条是旧的，一条是新的。

这被称为半保守。这将是一个好主意，万一他们问一个关于这个的论文问题。你读到了一个用来证明DNA复制确实是通过半保守复制完成的实验。我会给你一个简短的提示。

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他们所做的是用一种同位素标记旧的原始模板DNA使其链比正常链重。然后通过允许使用不同的同位素来构建新的链，从而使新的链由更轻的材料构成。

现在在这个概述中，DNA复制听起来很简单。实际上，它的核心是一个非常简单的过程，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克能够通过观察DNA的结构来理解这个过程。对于很多生物学入门课程来说，我刚才做的概述已经足够好了。但是美联社的生物专家和一些生物老师，希望你知道更多。所以，让我们开始深入研究它。

现在你要知道的第一件事是，我们需要一种打开螺旋的方法。我们来看看这是怎么回事。就像你要抄课本一样，你需要先打开它。这是你的老师一直告诉你的事情之一。如果他们想让你阅读课本并做笔记，你就得打开课本。让我们来看看DNA分子。

这里有一个模型。现在，我要把这个打开。我怎样才能打开这个?我需要酶。能打开螺旋结构的酶叫什么?解旋酶。记住-ase是指酶。现在我来表示解旋酶。我在做的是每一个木制的东西代表一个碱，这里的小木销钉代表氢原子使两边相互吸引。

解旋酶就在那里，把它打开。所以它消失了，见鬼，它自己关闭了。我该怎么办?记住，氢键是在氮基的正负部分有微弱的吸引力。它们就像分子尼龙搭扣。如果你曾经打开过尼龙搭扣运动鞋的带子，然后松开带子，它就会掉下来重新合上。所以我们需要的是，我们需要一种蛋白质来结合或粘附在这些单个支架上，使它们保持为单链。

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结合在单链上的蛋白质叫什么?我称之为单链结合蛋白。看到那个词了吗?它会告诉你它到底是什么。这是在科学课上取得好成绩的诀窍之一，就是弄清楚这些名字的意思。你想想，你可以编一个名字。在一篇AP生物论文中，先把名字编出来。你可能会欺骗读者，让他们觉得你知道的比他多，或者他会想，哦，糟糕，这是西海岸的叫法，而我是东海岸的教授，反之亦然。

我们来看看这是怎么回事。这里我们看到了DNA的双螺旋结构，我们要把它打开。这里有个问题。让我们快速回顾一下DNA的结构，因为你需要知道这些东西才能在DNA复制上取得好成绩。我们看这个，蓝色的标记是5。那指的是什么?如果你还记得，DNA核苷酸有三个组成部分。这是磷酸，五碳糖，和氮碱。

脱氧核糖糖是构成核苷酸骨架的物质。磷酸盐附着在脱氧核糖环周围的第五个碳上。这里的5是指，这是DNA分子糖磷酸骨架的磷酸端。所以如果这是5'-磷酸端，那么它应该是5'-磷酸。那么3'指的是糖上的一种碳，脱氧核糖糖。

下一个DNA核苷酸将其5'-磷酸连接到原始DNA核苷酸3'-碳。所以它应该是5'-磷酸，3'糖。5到3，5到3，5到3糖，磷酸盐，糖，磷酸盐，糖，磷酸盐，糖，磷酸盐，糖。那应该是3。让我们继续，让它成为1。你需要知道怎么做。你需要知道。这是3号。在DNA链的一端，应该是数字5，或者5素数，只要在上面加一个小撇号就可以了。另一端应该是3。

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现在你知道詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现的一件事，就是DNA双螺旋的两边，并不是朝着同一个方向。它们实际上是相反的方向。如果这是5'端，蓝色的是3'端，那么如果这是红色的3'端，这里应该是红色的5'端。

这似乎是一个挑剔的细节，但这些挑剔的细节会出现在AP生物考试中。特别是，如果你能把它们写进文章里，你就多得了一分。再说一遍，你只是想在每篇文章里积累10分。如果你能得3分或4分，那你的成绩一般或及格。

现在我们已经打开了螺旋，让我们看看它是如何开始的。实际发生的是，实际上生成DNA的酶，也就是DNA聚合酶，不能开始生成新的DNA链。这是一种防止突变的保护，因为在任何DNA链或任何种类的核酸中，最开始的几个碱基，被加入的那几个碱基，更有可能是错误或突变。

所以作为一种保护措施，因为要记住，你要在没有任何错误的情况下复制你的DNA。因为记住，你的DNA保存着如何构建和操作你的细胞的指令。所以它开始使用的不是DNA，而是RNA。这标志着第一个，也许是10个左右的核苷酸因为这些可能是错误的。稍后你会带着校对酶回来你会移除RNA然后非常小心地用DNA替换它们。这些开始的部分，我用白色表示我用RNA的地方。

既然我告诉你们DNA聚合酶是构建DNA的酶，如果我用RNA来制造这个，你知道它一定是一种RNA聚合酶。它是。

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现在有很多不同种类的RNA聚合酶。在这种情况下，因为我们正在构建RNA引物，也就是DNA复制过程中这个短片段的名字。因为我们要构建引物，所以我们要用一种叫做引物酶的酶。所以它会建5到3英尺。这是什么意思?这意味着这里有一个核苷酸的磷酸，这里有一个糖或3'端。你可以把新的DNA或RNA链想象成康茄舞线。5英尺的末端是手指的位置，3英尺的末端是头和肩膀1 2 3，这是5。

当你在跳康茄舞的时候，一个人在开始，然后每个人都在他们的3'末端加上。在康茄舞队伍中插队是非常不礼貌的。我们要用核酸做一条康茄舞线。有道理吗?

现在你注意到我在这里和这里建立了一个引物。这表示了复制过程中发生了什么，对于这个分支事件。这样我就可以复制这条边了。我有一些引物，因为我也想复制复制叉上发生的事情。现在让我们来看看会发生什么。

还记得DNA聚合酶吗，我说过那是可以合成DNA的酶?它走过来，说，“哦，看底漆。我可以添加到已经存在的头发上。”和它。它开始延伸底漆。但是现在，我们用的不是白色的RNA，而是不同颜色的DNA。

我把DNA核苷酸加到这个末端。你可以把初级教士想象成在派对上开始康茄舞的人。我们大多数人都很害羞，不敢这么做，因为我们看起来就像彻头彻尾的码头。但是一旦康茄舞结束了，嘿，你可以跳上去。这就是人们在这里所做的。核苷酸进来了，延伸到这里，那里。所以我们在做康茄舞线我们的DNA链。

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现在的问题是，我们正在攻击复制叉。到目前为止，一切都很简单。是啊，引物-引物的事有点奇怪，但到目前为止，我觉得一切都还好。到目前为止，你已经做得很好了。在大多数生物课上，这是给孩子们带来问题的下一步。如果你有任何问题，请举手，我会点名的，因为我们正在录音。

让我们继续，看看当DNA聚合酶击中复制叉时会发生什么。那我们该怎么办？所发生的是我们的budyy螺旋酶只是打开了更多的复制级别。我们在这里打开叉子，在那里打开叉子。记住，在这一边发生的事情也在这一边发生。那么会发生什么呢？好吧，在这里，这条成长中的河流，这条成长中的康加河，没问题。你只是不断添加越来越多的核苷酸。在这里，这条链也朝着这个开放复制分支的方向增长。因此，我们可以在那里增加我们的成长链。

但在这里，这条链正在远离复制分支。在这里，这条链正在远离复制分支。那我们该怎么办？我们在这里暴露了DNA核苷酸。我们怎么才能把它们复制下来？这是我们的朋友primase。它进来说，“嘿，DNA聚合酶，你需要在这里开始另一个conga系列。”Primase构建了一个RNA引物，这将是我们的DNA聚合酶出现并开始加入的信号。

因为这一边沿着复制叉的方向，不断地生长，从这里到那里，这被称为先导链。

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但是在这里，因为我们需要用引物在这里建立一个新的引物，我们最终会形成一小段核苷酸，因为我们必须不断地建立这些一遍又一遍。这被称为滞后链。现在，数据作为DNA复制模式的证据，科学家们提出了他们的理论和想法。但真正发现这些的人，并明确证明了这就是事情的运作方式，他的名字当然是冈崎博士。我怎么知道的?因为我们称这些片段为冈崎片段。

所以这里的这条链，因为它需要不断地重复，是滞后链。这条链是前导链。类似地，因为这个反平行结构，在这里，这部分叫做滞后，这部分叫做超前。

这对很多孩子来说真的很复杂，他们仍然认为，“我不太明白。”让我给你一个类比，也许能帮助你理解复制叉发生了什么。我要做的是用教科书来表示DNA分子。

这是一本很重的教科书。假设你的老师说我们需要一份。现在你和你的朋友要做的是，你决定好吧，我们每人抄一半的课本。所以你要做的就是打开它。这就像解旋酶打开螺旋。我们只做复制叉中的一个。

假设你的朋友决定复制这一边而你们决定从课本中间开始，然后你们每个人都从自己负责的那一边开始复制。所以你的朋友会从这一页一直复制到最后。你要从这一页开始抄写。就像我们复制这条蓝色和红色的链。

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现在你要面对的问题是，这就是为什么你的朋友比你聪明。记住，就像DNA一样，聚合酶只能在5到3 '的方向建立，你只能从左到右的方向读写。所以你的朋友没有问题。他从一开始就开始抄袭，就在这里，他开始抄袭。现在，当他完成他的那一半的时候，他已经走得很远了。当他开始读的时候，他继续翻页。另一方面，你从这里开始。到目前为止还不错，就像这样，哦，不，你遇到了你朋友在做的事情。记住，你不是在模仿他的那一半，你是在模仿你的那一半。那你要怎么做? You have to turn the page the other direction.

但是如果你不继续在这张纸上写，如果你开始加这个就没有任何意义了。相反，你需要开始一张全新的纸。哦，不，我们还得再写一张纸，因为记住你的工作是复制书的前半部分。

你将相当于落后的一股，每一张纸都代表着一页的努力价值，就是冈崎的碎片。你的伙伴正在朝着这个打开的复制叉的方向成长，他将有一个连续的卷轴，可能有几百英尺长。但他会一直坚持下去，直到走到尽头。他领先，你落后，因为你必须重新开始，因为你的开场白与你所模仿的相反。这对你有意义吗？

现在你知道我们要构建的不是一个完整的DNA分子，而是一堆冈崎片段的小块。我们试图合成两个完整的DNA分子。我们怎么做呢?或者就像我们试着抄课本一样?你是如何利用你朋友的所有努力和你的几张装订纸，把它们组装成一本新的教科书的?让我们看看你的细胞做什么。

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记住，这曾经是冈崎的一小段。这是前导链。当构建冈崎片段的DNA聚合酶碰到之前的RNA引物时，它会停止并说有人在这里。这是什么?另一种酶，一种RNA，这意味着它会把RNA切碎然后说，"引物出去"它去除RNA核苷酸。然后另一种不同的DNA聚合酶，但它是同一种分子。当每个RNA核苷酸被移除时，一个新的DNA被加入。

这一次我们可以使用这些RNA或DNA聚合酶的各种复制编辑功能。他们可以仔细检查，确保我们在有T的地方输入正确的A，在有C的地方输入正确的G，等等。但是，我们仍然会有一个DNA分子紧挨着一个DNA分子;两个DNA片段。

我们如何将它们结合在一起?这就是最后一种酶的作用，连接酶。DNA连接酶或者简称连接酶，是将冈崎片段连接在一起的酶。你需要了解DNA连接酶。不仅仅是DNA复制，如果你读过基因工程，科学家们会说，“嘿，有一种酶能把DNA片段连接在一起吗?”因为这样我们就可以把不同生物的DNA片段连接起来。我们可以用这个DNA连接酶加入新的DNA分子。

有些人可能会说连接酶，这是个奇怪的词。事实上，你知道这意味着什么。-Ase当然是指酶，没错。联赛是什么意思?你知道其他以联赛开头的单词吗?是的,你做的事情。你关节里有什么?是什么把你的关节固定在一起的?韧带。西甲意味着平局、捆绑或加入。 So they could have called it ‘joinase’, but then everybody would know what they mean, and nobody would have to pay a scientist to explain these things.

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所以科学家们说，嘿，我们都叫它连接酶吧，那样就没人知道我们在说什么了。连接酶将冈崎片段连接在一起。差不多就是这样结束的。

DNA聚合酶继续进行。当我们打开更多的气泡时，我们的引物就形成了引物。然后DNA聚合酶过来说，“哦，我应该从这里开始，”然后它就开始了。我们继续，直到最后到达DNA分子的末端。这就是我们在这里看到的。一旦它被释放，现在这些新的链，注意我们有两条链在这里形成。它开始卷曲成双螺旋。这里和这里形成了一个螺旋。一旦完成，我们就有两个独立的分子。这是DNA复制。

现在回顾一下，DNA复制是关于制造原始DNA分子的完全相同的副本。让我们快速地过一遍。

你要做的第一件事就是打开螺旋线。幸运的是，由于这个碱基配对规则，我们可以将As添加到Ts，Gs添加到Cs。打开螺旋的酶，就是螺旋酶。然后我们使用单链结合蛋白使其保持单链。

接下来，RNA聚合酶称为引物酶，构建引物。这使得DNA聚合酶开始继续拉长这些链。当我们打开更多的螺旋，在后面，你必须重新开始用引物建立链的开始DNA聚合酶来延伸它。在领先的一边，它正朝着开始分叉的方向生长。所以它不需要这样做。

最终，DNA聚合酶来了，用DNA取代引物RNA核苷酸。然后我们的连接酶把冈崎片段连接在一起。最终你会得到两个新的DNA分子，它们都被包裹起来了。就是这样。

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我强烈建议大家再看一遍这个视频熟悉酶的名字。但一旦你弄清楚了它们的名字，事情就简单多了。但这就是DNA复制。