DNA复制

复制保真性与校对(replication fidelity and proofreading)

把人类基因组的三十亿个字母复制一遍、几乎一个都不弄错,听起来似乎不可能,可细胞却能把错误率控制在大约每复制十亿个左右碱基才出一个错。这种惊人的准确度叫复制保真性,它是层层叠加建立起来的,而非来自某个单一的魔法步骤。

第一层是碱基配对的选择性:DNA聚合酶强烈偏好加入能与模板正确配对的核苷酸(A配T,G配C),因为正确的配对远更契合酶的活性位点,在错误发生的当下就剔除了大部分。第二层是校对。许多复制型聚合酶带有一个独立的3'到5'外切酶活性:刚加上一个碱基后,若它察觉到错配(一个配错的、契合不良的末端),它便倒退回去,把刚加上的错误核苷酸从3'端剪掉,再重试。这一“发现并纠正”步骤把准确度大约再提高一百倍。第三层是错配修复,在复制之后纠正那少数仍漏过的错误,但那属于修复领域。

保真性之所以重要,是因为少数残存的错误会成为永久突变,传给所有后代细胞。高保真性使基因组在一生数以万亿计的细胞分裂中保持稳定;丧失保真性则很危险——校对或错配修复的缺陷会急剧提高突变率,并增加患癌风险。诚实的另一面是:完美无误的复制会冻结进化:那些逃过纠错的罕见错误,恰恰也是遗传变异的原材料,所以细胞把保真性调得很高,却不调到绝对。

仅靠选择性,错误率约为每十万个碱基出一个错。3'到5'外切酶的校对把它降到约每千万个一个。其后的错配修复再把最终错误率压到约每十亿个一个——三道串联的滤网,每一道都拦下前一道漏掉的。

保真性是分层的:先选择,再校对,再修复。

校对是一种3'到5'外切酶(移除最后加上的碱基),其方向与聚合酶5'到3'的合成相反——不要把它与剥除RNA引物的那种5'到3'核酸酶混淆。

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