來自美國加利福尼大學(xué)的科學(xué)家 Stephen 博士在頂級雜志《Cell》上發(fā)表成果稱，所在團(tuán)隊創(chuàng)奇跡般的攝錄了單個 DNA 分子復(fù)制的近距離高清無碼影像。
事實證明人類半個多世紀(jì)以來“臆想”的模型是何其錯誤百出，此發(fā)現(xiàn)徹底改寫我們高中所學(xué)的生物知識。
什么是 DNA 復(fù)制？DNA（脫氧核糖核酸）復(fù)制是生物遺傳的基礎(chǔ)，是所有生物體中最基本的過程。
DNA 雙股螺旋結(jié)構(gòu)是由兩股方向相反的去氧核醣核酸長鏈構(gòu)成，兩股分別帶有以 ATCG 代表的鹼基序列，A 能和 T 形成鍵結(jié)，而 C 和 G 形成鍵結(jié)，兩股 DNA 序列就能以這種“互補(bǔ)”方式互相結(jié)合。
DNA 復(fù)制過程的第一個步驟所需酵素稱為解旋酶（helicase），它能將螺旋結(jié)構(gòu)展開并將兩股 DNA 拉開成兩個單股序列。
接著，另一個酵素引子酶（primase）會作為引子分別和單股 DNA 結(jié)合，讓 DNA 聚合酶（DNA polymerase）得以附著在引子酶上開始復(fù)制。
復(fù)制之后，DNA 聚合酶會沿著單股 DNA 模板將互補(bǔ)序列一個一個加上，慢慢形成新的雙股 DNA。
由于兩股雙螺旋方向相反，聚合酶在兩股鏈上背道而馳。其中一股被稱為先導(dǎo)鏈，聚合酶連續(xù)移動，新鏈尾隨其后。
另一股被稱為后隨鏈，以相反方向（相對于先導(dǎo)鏈聚合酶移動方向）結(jié)合、移動和脫落，重復(fù)循環(huán)工作，合成一系列DNA短片段（岡崎片段）。兩條鏈上聚合酶協(xié)調(diào)工作，復(fù)制速度基本保持一致。
傳統(tǒng)觀念中，DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)由 4 類不同堿基相互交織成鏈。在遵循堿基互補(bǔ)配對原則、半保留復(fù)制與半不連續(xù)復(fù)制等規(guī)則的條件下，解旋酶、DNA 聚合酶與連接酶等物質(zhì)分別作用于鏈狀結(jié)構(gòu)，使得新產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)與母體完全匹配。
其中最為特別的現(xiàn)象是位于前導(dǎo)鏈與滯后鏈上的 DNA 聚合酶在某種程度上彼此協(xié)調(diào)，以避免在解旋時引發(fā)突變。
該團(tuán)隊到底發(fā)現(xiàn)了什么？團(tuán)隊的科研人員從大腸桿菌中提取出單個 DNA 分子并施加著色劑，令科學(xué)家震驚的是，實時鏡頭顯示出真實的 DNA 在復(fù)制過程中，連接酶并不相互協(xié)調(diào)，而是每條單鏈高度獨(dú)立復(fù)制，充滿隨機(jī)性，最后卻能夠完美與母鏈相匹配！
在鏡頭中，時而滯后鏈停止運(yùn)行，但前導(dǎo)鏈繼續(xù)增長，時而其中一條鏈突然以 10 倍正常速度開始復(fù)制，毫無規(guī)律可尋！此外，由于缺乏協(xié)調(diào)性，DNA 甚至可以一腳踢開解旋酶來暫停復(fù)制，以使 DNA 聚合酶趕上進(jìn)度。
除此之外，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)解旋酶中有類似機(jī)械操作的失能開關(guān)（dead man’s switch）機(jī)制。
當(dāng)解旋酶不斷向前解開 DNA 雙股結(jié)構(gòu)，但后方聚合酶已停止運(yùn)作時，解旋酶打開的部分單股 DNA 會特別脆弱，但也無法馬上復(fù)制回復(fù)成雙股結(jié)構(gòu)，此時暴露在外的單股 DNA 就會發(fā)出訊號，活化修復(fù)所需酵素。
與此同時，脫離其他復(fù)制單元獨(dú)自往前的解旋酶也會將前進(jìn)速率降低約 5 倍，緩慢前進(jìn)直到后面其他酵素重新跟上，再回復(fù)原先的速率。
這一對 DNA 復(fù)制研究的最新發(fā)現(xiàn)，足以引發(fā)科學(xué)界對 DNA 復(fù)制與遺傳穩(wěn)定性的重新思考！
如果這兩條鏈獨(dú)立運(yùn)作，那么解旋的 DNA 如何知道做到確保復(fù)制過程有條不紊的進(jìn)行？又如何在特定的時間點(diǎn)控制復(fù)制速度來避免遺傳突變？而生物體的遺傳幾率究竟有多少？絕對存在遺傳的必然性嗎？
科學(xué)家表示，這些發(fā)現(xiàn)會改變我們對 DNA 復(fù)制及其他生化反應(yīng)的看法，原先對這些生物體內(nèi)機(jī)制的既有觀念可能要大幅修正。但是想要解決這些問題，科學(xué)家們還有很長的路要走。
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