DNA複製

複製保真性與校對(replication fidelity and proofreading)

把人類基因組的三十億個字母複製一遍、幾乎一個都不弄錯,聽起來似乎不可能,可細胞卻能把錯誤率控制在大約每複製十億個左右鹼基才出一個錯。這種驚人的準確度叫複製保真性,它是層層疊加建立起來的,而非來自某個單一的魔法步驟。

第一層是鹼基配對的選擇性:DNA聚合酶強烈偏好加入能與模板正確配對的核苷酸(A配T,G配C),因為正確的配對遠更契合酶的活性位點,在錯誤發生的當下就剔除了大部分。第二層是校對。許多複製型聚合酶帶有一個獨立的3'到5'外切酶活性:剛加上一個鹼基後,若它察覺到錯配(一個配錯的、契合不良的末端),它便倒退回去,把剛加上的錯誤核苷酸從3'端剪掉,再重試。這一「發現並糾正」步驟把準確度大約再提高一百倍。第三層是錯配修復,在複製之後糾正那少數仍漏過的錯誤,但那屬於修復領域。

保真性之所以重要,是因為少數殘存的錯誤會成為永久突變,傳給所有後代細胞。高保真性使基因組在一生數以萬億計的細胞分裂中保持穩定;喪失保真性則很危險——校對或錯配修復的缺陷會急劇提高突變率,並增加患癌風險。誠實的另一面是:完美無誤的複製會凍結進化:那些逃過糾錯的罕見錯誤,恰恰也是遺傳變異的原材料,所以細胞把保真性調得很高,卻不調到絕對。

僅靠選擇性,錯誤率約為每十萬個鹼基出一個錯。3'到5'外切酶的校對把它降到約每千萬個一個。其後的錯配修復再把最終錯誤率壓到約每十億個一個——三道串聯的濾網,每一道都攔下前一道漏掉的。

保真性是分層的:先選擇,再校對,再修復。

校對是一種3'到5'外切酶(移除最後加上的鹼基),其方向與聚合酶5'到3'的合成相反——不要把它與剝除RNA引物的那種5'到3'核酸酶混淆。

又稱
proofreadingreplication accuracy3'-to-5' exonuclease复制准确度校读