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如何讓DNA自我複製？探索自然界最精密的遺傳機制！
在分子生物學中，DNA的複製是指從一個原始的DNA分子產生兩個相同的DNA拷貝的生物過程。DNA複製在所有生物中皆存在，是生物遺傳的最重要組成部分。這一過程對細胞分裂至關重要，無論是生長還是修復受損的組織，都必須確保每個新細胞都能收到自己的DNA拷貝。
DNA由雙螺旋結構組成，這兩條互補的鏈相互扭曲而成。
DNA由四種脫氧核糖核苷酸組成，這些核苷酸中包含糖、磷酸和核苷酸鹼基。這四種核苷酸分別為腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)。腺嘌呤和鳥嘌呤為嘌呤，而胞嘧啶和胸腺嘧啶則是吡啶。這些核苷酸通過磷酸二酯鍵相互連接，形成DNA雙螺旋的骨架，核苷酸鹼基則位於內部。在DNA的複製過程中，這兩條鏈會分開，每條鏈作為模板合成其對應的拷貝，這一過程稱為半保留複製。
半保留複製的結果是，新雙螺旋由一條原始DNA鏈和一條新合成的鏈組成。
DNA複製過程的準確性非常重要，細胞內的校對和錯誤檢查機制確保複製的幾乎完美。DNA複製起始於基因組中的特定位置，稱為複製起始點。在這些位置，DNA會被解開，並由一種名為解旋酶的酶促進新鏈的合成，形成複製叉。涉及多種蛋白質以幫助啟動和持續DNA合成，其中最突出的當屬DNA聚合酶，它負責通過添加能夠互補的核苷酸來合成新鏈。
DNA的複製通常發生在細胞周期的S期。除了自然發生的DNA複製外，科學家們也能夠在體外進行DNA複製。這種體外複製利用從細胞中分離出的DNA聚合酶以及已知序列的人工DNA引物，來啟動DNA的合成過程。聚合酶鏈反應（PCR）、連接酶鏈反應（LCR）和轉錄介導的擴增（TMA）都是常見的例子。
早在2021年3月，研究人員首次提出早期的tRNA可能是生命起源的複製分子。
DNA結構
DNA的雙螺旋結構由兩條相互纏繞的單鏈組成，每條鏈由四種類型的核苷酸組成。這四種核苷酸中含有的脫氧核糖、磷酸和鹼基各自攪拌在一起，腺嘌呤與胸腺嘧啶形成鹼基配對，鳥嘌呤則與胞嘧啶配對。這些鹼基之間通過氫鍵相互結合，形成所謂的鹼基對。在DNA合成過程中，DNA聚合酶會依賴模板鏈在5'到3'的方向上合成新的DNA鏈。
DNA聚合酶
DNA聚合酶是一組執行所有形式DNA複製的酶。雖然DNA聚合酶無法啟動新鏈的合成，但可以對現有的DNA或RNA鏈進行延伸。在合成開始之前，必須先形成一小段RNA引物，並與模板鏈配對。隨後，DNA聚合酶會通過延伸這一引物鏈來合成新鏈。
DNA聚合酶的準確性至關重要，其固有錯誤率不到每1038個核苷酸中就會出現一個錯誤。
複製過程
DNA複製是由啟動、延伸和終止三個主要步驟組成。對於細胞來說，這一過程是全或無的；一旦開始，便會持續到完成，並在同一細胞周期內不會再重複。預複製復合體在DNA上的特定位置組裝，識別這些稱為“起始點”的特定序列，以便於後續的複製過程。
在S期，我們會看到準備工作開始，隨後引發的複製複合體會將Mcm解旋酶加載到DNA上，隨著DNA的旋轉展開，形成複製叉。
複製叉動態
複製叉是DNA複製過程中形成的結構，並由解旋酶產生。該結構分為兩側，分別是模板鏈和新合成鏈。新鏈的合成在5'到3'方向上進行，而模板鏈則按照相反的方向讀取，這樣形成的“領先鏈”和“滯後鏈”就可以同步進行DNA合成。雖然滯後鏈的合成相對較為複雜，但通過引物的形成和多次的聚合過程，最終也能完成整個複製。
DNA自我複製的機制是生物體內一種奇妙而有效的過程，那麼這背後究竟隱藏著多少秘密，我們能夠理解的又有多少呢？
