DNA复制的酶学机理

林 权 胡雪峰

(福建师范大学生命科学学院 福州 350108)

DNA复制分为解螺旋、合成新链、形成两个子代DNA分子三个主要步骤，每个步骤对应着更为复杂的过程，这些过程均需要酶的催化。人教版高中生物学教材必修2中简单介绍了DNA复制的过程，本文结合高中生物学教材的内容，在DNA复制流程的基础上，介绍相关酶的功能及其作用机理。

1 DNA解旋酶作用氢键解开DNA双链

DNA复制是指以亲代DNA的两条单链区域为模板合成子代DNA的过程，发生在有丝分裂间期的S期和减数第一次分裂前间期的S期。DNA分子为反向平行双螺旋结构，复制起始需在复制起始识别蛋白和DNA解旋酶共同作用下打开DNA双链片段，为后续新链的合成提供模板。

解旋酶是指利用ATP水解获得能量打开氢键解开双链DNA，并附着于DNA分子上沿一定方向移动的一类酶。复制起始识别蛋白识别复制起点，随后环状结构的解旋酶围绕在复制起点处的一条DNA链上，沿复制叉(以解开的两条DNA单链区域为模板，从一个固定的起点开始复制，形成的结构类似叉子，故称复制叉[1])前进的方向移动并断开碱基对之间的氢键，解开局部双链。紧接着，单链结合蛋白结合于DNA单链区域，阻止单链DNA重新缔合成双链。

2 DNA拓扑异构酶消除正超螺旋

DNA拓扑异构酶的主要功能是消除正超螺旋。DNA复制过程中复制叉向前移动会积累巨大的张力，致使DNA分子的双螺旋变紧，即产生正超螺旋，阻碍了DNA的解旋和复制。DNA拓扑异构酶分为DNA拓扑异构酶Ⅰ和DNA拓扑异构酶Ⅱ，DNA拓扑异构酶Ⅰ断开一条DNA链上的磷酸二酯键，而DNA拓扑异构酶Ⅱ作用于两条DNA链上的磷酸二酯键，使单链或双链DNA片段适当旋转舒展DNA链，再连接磷酸二酯键，达到释放张力的目的。……