作者：中洪博元生物
导语：细菌和真菌没有共同的祖先，但在复制上存在惊人的相似点
DNA基因组的复制是由许多蛋白质组成的复制复合体执行的。细胞具有双螺旋DNA，它们的复制可以同时复制两条DNA链。一个功能性的复制体至少需要一个螺旋酶来解开DNA双链，两个DNA聚合酶(Pols)来复制两个DNA链和一个引物合成酶来形成DNA聚合酶延伸的RNA引物。复制体的复制工作是一项复杂有序的任务，DNA Pols只能在沿着3’到5’的方向上复制DNA。因此，当DNA螺旋酶解开DNA双链时，与DNA Pol方向相同的一条链(先导链)可以与DNA Pol结合并不断复制DNA，但与DNA Pol方向相反(后随链)上的DNA Pol则是在相反的方向开始复制。这需要将后随链形成一系列冈崎片段不连续地重复启动和延伸，这种半不连续复制被所有细胞共有。
Gao等人报道了T7噬菌体复制体的电子显微镜结构，这项研究不仅促进了我们对螺旋酶机制的理解，也揭示了DNA Pol在复制复合体中的两种意想不到的排列。具体而言，这两个DNA Pol以不对称的方式与DNA螺旋酶形成夹层结构，一个DNA Pol位于螺旋酶的顶部，一个DNA Pol在下面(见插图)。这种结构不同于教科书描述的两个DNA Pol紧随在螺旋酶的后面。
T7 噬菌体是已知的线型的复制体。T7噬菌体中的螺旋酶基因蛋白4(gp4)形成一个六聚体环，这种结构是所有复制螺旋酶的共同特征。然而，与其他螺旋酶不同的是T7 gp4在复制叉过程中也包含位于螺旋酶后面的引物酶。T7 DNA Pol（gp5）与12 Kda大小的细菌宿主硫氧还蛋白形成1:1 复合物一起发挥功能，增加聚合酶的活性。因此，T7复制体的核心由三种不同的蛋白质 (gp4, gp5和硫氧还蛋白)。相比之下，大肠杆菌（T7噬菌体宿主）的复制体包含十几种不同的蛋白质。尽管复杂性不同，但T7 复制体的蛋白质与大肠杆菌宿主的蛋白质是同源的。先导链和后随链DNA Pol连接并将螺旋酶夹在它们之间，这种不对称的排列方式，最大限度地减少了单链DNA(ssDNA)，ssDNA比双链DNA (dsDNA)更容易受到核酸酶损伤。
多蛋白质复合物执行复制的流程遵循中心法则：复制、转录和翻译。有趣的是转录和翻译的蛋白在细菌、古生菌和真核生物中是同源的，因此是从一个共同的祖先进化而来的。相比之下，细菌复制体的DNA Pol、螺旋酶和引物酶与真核细胞的没有同源性，这意味着这些复制酶在细菌和真核生物进化后独立进化。原始细胞可能使用了一个更简单的DNA复制过程或者使用了RNA基因组。令人惊讶的是，夹心结构的两个DNA Pol与螺旋酶的不对称排列证明存在于酵母菌中。因此，尽管细菌和真核生物的复制体在独立进化方面存在"天壤之别"，但细菌和真核生物复制体的核心元素都包含两个Pol与螺旋酶的不对称排列。
未来仍有许多问题。在T7噬菌体的螺旋酶上有一个DNA Pol，这表明在解旋酶之前，它可能首先会遭遇到DNA损伤和DNA结合蛋白。因此，DNA Pol排列可能有助于复制体的进展。人们对这些新发现感到非常兴奋，今后要解决的问题比迄今得到的要多。
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