实际上,体内复制DNA也是需要引物的,只不过必修二教材为了简化和降低难度,没有提而已。那么DNA复制为什么需要引物呢?
在DNA进行复制的过程中,DNA聚合酶不能催化两个dNTP直接形成磷酸二酯键,只能催化dNTP磷酸端与一段核酸的羟基端形成磷酸二酯键,并且这段核酸必须与模板DNA互补结合,这段核酸叫做引物。引物可以是RNA也可以是DNA。
从酶的功能特性上来说,DNA聚合酶需要快速的在DNA模板链上延伸,不能与模板链强结合,但若DNA聚合酶从头合成,则需要与模板链强结合,就不能快速延伸,这是没有办法同时解决的问题。所以DNA聚合酶不能从头合成但有着很强的延伸性和速度,而引发酶(合成引物的酶)可以从头合成但反应很慢而且延伸性较低,一般合成几个到十几个核苷酸就会从模版上解离。两种酶的同时存在解决了DNA复制过程中的矛盾。
也有学者认为引物的必要性与DNA聚合酶的校对作用有关。DNA聚合酶的保真特性来源于其校正功能,一旦出错,错误位点与酶的催化聚合的结构亲和力下降,与催化外切的结构亲和力上升,会将错误位点切去,若没有引物,复制就不能重新开始。
在DNA进行复制的过程中,DNA聚合酶不能催化两个dNTP直接形成磷酸二酯键,只能催化dNTP磷酸端与一段核酸的羟基端形成磷酸二酯键,并且这段核酸必须与模板DNA互补结合,这段核酸叫做引物。引物可以是RNA也可以是DNA。从酶的功能特性上来说,DNA聚合酶需要快速的在DNA模板链上延伸,不能与模板链强结合,但若DNA聚合酶从头合成,则需要与模板链强结合,就不能快速延伸,这是没有办法同时解决的问题。
所以DNA聚合酶不能从头合成但有着很强的延伸性和速度,而引发酶(合成引物的酶)可以从头合成但反应很慢而且延伸性较低,一般合成几个到十几个核苷酸就会从模版上解离。两种酶的同时存在解决了DNA复制过程中的矛盾。
也有学者认为引物的必要性与DNA聚合酶的校对作用有关。DNA聚合酶的保真特性来源于其校正功能,一旦出错,错误位点与酶的催化聚合的结构亲和力下降,与催化外切的结构亲和力上升,会将错误位点切去,若没有引物,复制就不能重新开始。
聚合酶链式反应:
聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制,PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。因此,无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的DNA,就能用PCR加以放大,进行比对。这也是“微量证据”的威力之所在。由1983年美国Mullis首先提出设想,1985年由其发明了聚合酶链反应,即简易DNA扩增法,意味着PCR技术的真正诞生。到如今2013年,PCR已发展到第三代技术。1976年,中国科学家钱嘉韵,发现了稳定的Taq DNA聚合酶,为PCR技术发展也做出了基础性贡献。
PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链,低温(经常是60°C左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72°C左右),DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备,能在变性温度,复性温度,延伸温度之间很好地进行控制。