DNA的合成是一个复杂的过程,可以自然发生在生物体内的DNA复制,也可以在实验室内通过化学方法人工合成。下面分别介绍这两种情况:
生物体内DNA的自然合成 - DNA复制
引发:DNA复制开始于特定的复制起点,这里启动蛋白识别并结合富含AT的序列,随后招募其他蛋白质形成前复制复合物,其中包括DNA解旋酶帮助解开DNA双链,形成复制叉。
延伸:DNA聚合酶(如原核生物中的DNA Pol III或真核生物中的多种DNA聚合酶)沿着已解开的模板链合成新的互补链。DNA聚合酶添加脱氧核苷酸三磷酸(dNTPs),按照碱基配对原则(A-T, C-G)合成新的DNA链。前导链连续合成,而后随链则以不连续的冈崎片段形式合成。
终止:当DNA聚合酶到达复制起点的另一端或遇到另一个复制叉时,复制终止。冈崎片段由DNA连接酶连接起来,形成连续的DNA链。此外,端粒酶在真核生物中负责维持染色体末端的端粒序列,防止复制过程中丢失遗传信息。
实验室中的人工DNA合成
固相合成法:最常用的DNA合成方法,基于固相亚磷酰胺三酯化学。合成过程在自动化的合成仪上进行,每一步包括脱保护、活化、偶联、封顶和氧化,逐个添加核苷酸至固相载体上的增长链。此过程重复进行,直到获得所需长度的DNA序列。
直接合成基因法:一种较为现代的方法,通过化学合成长的单链DNA,这些单链设计为互补配对,之后通过聚合酶链反应(PCR)进行扩增,形成完整的双链DNA序列。这种方法可以直接根据给定的DNA序列合成基因,但可能受到合成长度和序列复杂度的限制。
无论是在生物体内还是实验室中,DNA合成都是高度精准的过程,确保遗传信息的准确复制和定制序列的合成。