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如何让DNA自我复制？探索自然界最精密的遗传机制！
在分子生物学中，DNA的复制是指从一个原始的DNA分子产生两个相同的DNA拷贝的生物过程。 DNA复制在所有生物中皆存在，是生物遗传的最重要组成部分。这一过程对细胞分裂至关重要，无论是生长还是修复受损的组织，都必须确保每个新细胞都能收到自己的DNA拷贝。
DNA由双螺旋结构组成，这两条互补的链相互扭曲而成。
DNA由四种脱氧核糖核苷酸组成，这些核苷酸中包含糖、磷酸和核苷酸碱基。这四种核苷酸分别为腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)。腺嘌呤和鸟嘌呤为嘌呤，而胞嘧啶和胸腺嘧啶则是吡啶。这些核苷酸通过磷酸二酯键相互连接，形成DNA双螺旋的骨架，核苷酸碱基则位于内部。在DNA的复制过程中，这两条链会分开，每条链作为模板合成其对应的拷贝，这一过程称为半保留复制。
半保留复制的结果是，新双螺旋由一条原始DNA链和一条新合成的链组成。
DNA复制过程的准确性非常重要，细胞内的校对和错误检查机制确保复制的几乎完美。 DNA复制起始于基因组中的特定位置，称为复制起始点。在这些位置，DNA会被解开，并由一种名为解旋酶的酶促进新链的合成，形成复制叉。涉及多种蛋白质以帮助启动和持续DNA合成，其中最突出的当属DNA聚合酶，它负责通过添加能够互补的核苷酸来合成新链。
DNA的复制通常发生在细胞周期的S期。除了自然发生的DNA复制外，科学家们也能够在体外进行DNA复制。这种体外复制利用从细胞中分离出的DNA聚合酶以及已知序列的人工DNA引物，来启动DNA的合成过程。聚合酶链反应（PCR）、连接酶链反应（LCR）和转录介导的扩增（TMA）都是常见的例子。
早在2021年3月，研究人员首次提出早期的tRNA可能是生命起源的复制分子。
DNA结构
DNA的双螺旋结构由两条相互缠绕的单链组成，每条链由四种类型的核苷酸组成。这四种核苷酸中含有的脱氧核糖、磷酸和碱基各自搅拌在一起，腺嘌呤与胸腺嘧啶形成碱基配对，鸟嘌呤则与胞嘧啶配对。这些碱基之间通过氢键相互结合，形成所谓的碱基对。在DNA合成过程中，DNA聚合酶会依赖模板链在5'到3'的方向上合成新的DNA链。
DNA聚合酶
DNA聚合酶是一组执行所有形式DNA复制的酶。虽然DNA聚合酶无法启动新链的合成，但可以对现有的DNA或RNA链进行延伸。在合成开始之前，必须先形成一小段RNA引物，并与模板链配对。随后，DNA聚合酶会通过延伸这一引物链来合成新链。
DNA聚合酶的准确性至关重要，其固有错误率不到每1038个核苷酸中就会出现一个错误。
复制过程
DNA复制是由启动、延伸和终止三个主要步骤组成。对于细胞来说，这一过程是全或无的；一旦开始，便会持续到完成，并在同一细胞周期内不会再重复。预复制复合体在DNA上的特定位置组装，识别这些称为“起始点”的特定序列，以便于后续的复制过程。
在S期，我们会看到准备工作开始，随后引发的复制复合体会将Mcm解旋酶加载到DNA上，随着DNA的旋转展开，形成复制叉。
复制叉动态
复制叉是DNA复制过程中形成的结构，并由解旋酶产生。该结构分为两侧，分别是模板链和新合成链。新链的合成在5'到3'方向上进行，而模板链则按照相反的方向读取，这样形成的“领先链”和“滞后链”就可以同步进行DNA合成。虽然滞后链的合成相对较为复杂，但通过引物的形成和多次的聚合过程，最终也能完成整个复制。
总的来说，DNA自我复制的机制是生物体内一种奇妙而有效的过程，那么这背后究竟隐藏着多少秘密，我们能够理解的又有多少呢？
