生物化學與分子生物學:第一節(jié)　DNA的復制

DNA做為遺傳物質(zhì)的基本特點就是在細胞分裂前進行準確地自我復制(self�瞨eplication)，使DNA的量成倍增加，這是細胞分裂的物質(zhì)基礎。1953年Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型指出，DNA是由二條互補的脫氧核苷酸鏈組成，所以一條DNA鏈上的核苷酸排列順序是由圖16-1雙螺旋DNA的復制另一條決定的。這就說明DNA的復制是由原來存在的分子為模板來合成新的鏈。曾經(jīng)有過多種關于DNA復制方式的學說，包括半保留復制，全保留復制以及分散復制等(圖16-1)。

圖16－1　雙螺旋DNA的復制

一、DNA復制的方式及一般過程：

(一)DNA的半保留復制(semiconservative replication)

Watson和Crick在提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型時即推測，DNA在復制時首先兩條鏈之間的氫鍵斷裂兩條鏈分開，然后以每一條鏈分別做模板各自合成一條新的DNA鏈，這樣新合成的子代DNA分子中一條鏈來自親代DNA，另一條鏈是新合成的，這種復制方式為半保留復制。

1958年Meselson和Stahl利用氮標記技術(shù)在大腸桿菌中首次證實了DNA的半保留復制，他們將大腸桿菌放在含有15N標記的NH4Cl培養(yǎng)基中繁殖了15代，使所有的大腸桿菌DNA被15N所標記，可以得到15N桪NA。然后將細菌轉(zhuǎn)移到含有14N標記的NH4Cl培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，在培養(yǎng)不同代數(shù)時，收集細菌，裂介細胞，用氯化銫(CsCl)密度梯度離心法觀察DNA所處的位置。由于15N桪NA的密度比普通DNA(14N－DNA)的密度大，在氯化銫密度梯度離心(density gradientcentrifugation)時，兩種密度不同的DNA分布在不同的區(qū)帶。

實驗結(jié)果表明：在全部由15N標記的培養(yǎng)基中得到的15N桪NA顯示為一條重密度帶位于離心管的管底。當轉(zhuǎn)入14N標記的培養(yǎng)基中繁殖后第一代，得到了一條中密度帶，這是15N桪NA和14N-DNA的雜交分子。第二代有中密度帶及低密度帶兩個區(qū)帶，這表明它們分別為15N14N－DNA和14N14N-DNA。隨著以后在14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)代數(shù)的增加，低密度帶增強，而中密度帶逐漸減弱，離心結(jié)束后，從管底到管口，CsCl溶液密度分布從高到低形成密度梯度，不同重量的DNA分子就停留在與其相當?shù)腃sCl密度處，在紫外光下可以看到DNA分子形成的區(qū)帶。為了證實第一代雜交分子確實是一半15N-DNA－半14N－DNA，將這種雜交分子經(jīng)加熱變性，對于變性前后的DNA分別進行CsCl密度梯度離心，結(jié)果變性前的雜交分子為一條中密度帶，變性后則分為兩條區(qū)帶，即重密度帶(15N－DNA)及低密度帶(14N－DNA)。它們的實驗只有用半保留復制的理論才能得到圓滿的解釋(圖16－2和16-3)。

圖16-2　DNA的半保留復制第一代分子含有一條親代的鏈(用黑色素示)，與另一條新合成的鏈(用白色表示)配對。在以后的連續(xù)復制過程中，原來親代的兩條鏈仍然保持完整，因此總有兩個分子各具有一條原來親代的鏈。	圖16-3　DNA的半保留復制－Meslson�睸tahl實驗密度梯度離心后的DNA位置：左三管為對照；右三管為實驗結(jié)果

(二)DNA復制的一般過程：

DNA雙螺旋是由兩條方向相反的單鏈組成，復制開始時，雙鏈打開，形成一個復制叉(replicative fork,從打開的起點向一個方向形成)或一個復制泡(replicative bubble，從打開的起點向兩個方向形成。)兩條單鏈分別做模板。各自合成一條新的DNA鏈。由于DNA一條鏈的走向是5′→3′方向，另一條鏈的走向是3′→5′方向，但生物體內(nèi)DNA聚合酶只能催化DNA從5′→3′的方向合成。那么，兩條方向不同的鏈怎樣才能做模板呢?這個問題由日本學者崗崎先生解決。

原來，在以3′→5′方向的母鏈為模板時，復制合成出一條5′→3′方向的前導鏈(leadingstrand)，前導鏈的前進方向與復制叉打開方向是一致的，因此前導鏈的合成是連續(xù)進行的，而另一條母鏈DNA是5′→3′方向，它作為模板時，復制合成許多條5′→3′方向的短鏈，叫做隨從鏈(lagging strand)，隨從鏈的前進方向是與復制叉的打開方向相反的。隨從鏈只能先以片段的形式合成，這些片段就叫做崗崎片段(Okazaki fragments)，原核生物崗崎片段含有1000-2000核苷酸，真核生物一般100?00核苷酸。最后再將多個崗崎片段連接成一條完整的鏈。由于前導鏈的合成是連續(xù)進行的，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進行的，所以從總體上看DNA的復制是半不連續(xù)復制(圖16-4)。

圖16－4　DNA的半不連續(xù)復制

DNA復制的全部過程可以人為地分成三個階段，第一個階段為DNA復制的起始階段，這個階段包括起始點，復制方向以及引發(fā)體的形成，第二階段為DNA鏈的延長，包括前導鏈及隨從鏈的形成和切除RNA引物后填補空缺及連接崗崎片段。第三階段為DNA復制的終止階段。在DNA復制的整個過程中需要30多種酶及蛋白質(zhì)分子參加，我們將在DNA復制的各個階段中著重介紹它們的作用。

二、DNA復制的起始階段：

(一)DNA復制的起始點

很多實驗都證明：復制是從DNA分子上的特定部位開始的，這一部位叫做復制起始點(originof replication)常用ori或o表示。細胞中的DNA復制一經(jīng)開始就會連續(xù)復制下去，直至完成細胞中全部基因組DNA的復制。DNA復制從起始點開始直到終點為止，每個這樣的DNA單位稱為復制子或復制單元(replicon)。在原核細胞中，每個DNA分子只有一個復制起始點，因而只有一個復制子，而在真核生物中，DNA的復制是從許多起始點同時開始的，所以每個DNA分子上有許多個復制子。

DNA復制起始點有結(jié)構(gòu)上的特殊性，例如：大腸桿菌染色體DNA復制起始點Oric由422個核苷酸組成，是一系列對稱排列的反向重復序列，即回文結(jié)構(gòu)(palindrome)，其中有9個核苷酸或13個核苷酸組成的保守序列，這些部位是大腸桿菌中DnaA蛋白識別的位置，大腸桿菌染色體DNA是環(huán)狀雙鏈DNA，它的復制是典型的“θ”型復制(由于形狀像希臘字母θ)。從一個起點開始，同時向兩個方向進行復制，當兩個復制方向相遇時，復制就停止。而有些生物的DNA復制起始區(qū)是一段富含A·T的區(qū)段。這些特殊的結(jié)構(gòu)對于在DNA復制起始過程中參與的酶和許多蛋白質(zhì)分子的識別和結(jié)合都是必須的。

(二)DNA復制的方向：

(1)定點開始雙向復制：

這是原核生物和真核生物DNA復制最主要的形式，從一個特定位點解鏈，沿著兩個相反的方向各生長出兩條鏈，形成一個復制泡，用電子顯微鏡可以觀察到復制泡的存在(圖16－5)。

圖16－5　SV40DNA；復制泡生長的電鏡圖譜

(2)定點開始單向復制：

質(zhì)粒colE1是個典型的例子，復制從一個起始點開始，以同一方向生長出兩條鏈，形成一個復制叉(replication fork)。

(3)兩點開始單向復制：

腺病毒DNA的復制是從兩個起點開始的，形成兩個復制叉，各以一個單一方向復制出一條新鏈(圖16－6)。

圖16-6　DNA的半不連續(xù)復制和復制泡的形成

總之DNA復制的起點及方向不僅原核細胞與真核細胞不同，就是同屬于原核生物和真核生物的不同種屬也有相當大的差異(圖16－7)。

圖16-7　DNA鏈生長方向的三種機制

(三)DNA復制起始引發(fā)體的形成及所參與的酶和蛋白質(zhì)：

1.解鏈酶(helicase)

DNA開始復制時首先在起始點處解開雙鏈，反應是在一種解鏈酶(helicase)的催化下進行的。解鏈酶需要ATP分解供給能量。大腸桿菌中DnaB蛋白就有介鏈酶活性，與隨從鏈的模板DNA結(jié)合，沿5′→3′方向移動，還有一種叫做Rep蛋白和前導鏈的模板DNA結(jié)合沿3′→5′方向移動。解鏈酶的作用就是打開DNA雙鏈之間的氫鍵。

2.單鏈結(jié)合蛋白：(single strand binding proteins,SSBP)

它與解開的單鏈DNA結(jié)合，使其穩(wěn)定不會再度螺旋化并且避免核酸內(nèi)切酶對單鏈DNA的水解，保證了單鏈DNA做為模板時的伸展狀態(tài)，SSBP可以重復利用(圖16－8)。

圖16-8　大腸桿菌DNA復制叉中復制過程簡圖

3.引發(fā)體的形成：

DNA復制起始的關健步驟是前導鏈DNA的合成，一旦前導鏈DNA的聚合作用開始，隨從鏈DNA的合成也隨著開始。由于前導鏈的合成是連續(xù)進行的，所以它的起始相對簡單，而隨從鏈的合成是不連續(xù)進行的，所以引發(fā)階段比較復雜。大腸桿菌的引發(fā)前體由Dna B. Dna C和單鏈結(jié)合蛋白組成。

(1)引物酶(primase)

它是一種特殊的RNA聚合酶，可催化短片段RNA的合成。這種短RNA片段一般十幾個至數(shù)十個核苷酸不等，它們在DNA復制起始處做為引物。RNA引物的3′桹H末端提供了由DNA聚合酶催化形成DNA分子第一個磷酸二酯鍵的位置。

(2)引發(fā)體(primosome)

高度解鏈的模板DNA與多種蛋白質(zhì)因子形成的引發(fā)前體促進引物酶結(jié)合上來，共同形成引發(fā)體，引發(fā)體主要在DNA隨從鏈上開始，它連續(xù)地與引物酶結(jié)合并解離，從而在不同部位引導引物酶催化合成RNA引物，在引物RNA的3′桹H末端接下去合成DNA片段，這就是隨從鏈不連續(xù)合成的開始。

三、DNA復制的延長階段以及參與的酶和蛋白質(zhì)分子：

DNA的復制實際上就是以DNA為模板在DNA聚合酶作用下，將游離的四種脫氧單核苷酸(dATP,dGTP,dCTP,dTTP,簡寫為dNTP)聚合成DNA的過程。

這是一個非常復雜的酶促反應，需要許多種酶和蛋白質(zhì)參與，現(xiàn)分別敘述它們在DNA復制中作用。

(一)DNA的聚合反應和DNA聚合酶

圖16－9　DNA聚合酶的作用

1957年，Arthur kornberg首次在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶Ⅰ，(DNa polymerase Ⅰ,簡寫DNA polⅠ)后來又相繼發(fā)現(xiàn)了DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNa polymerase Ⅱ，Ⅲ，簡寫DNA polⅡ,DNA polⅢ)實驗證明大腸桿菌中DNA復制的主要過程靠DNa polⅢ起作用，而DNA polⅠ和DNA polⅡ在DNA錯配的校正和修復中起作用。見表16－1。

這種酶的共同性質(zhì)是：①需要DNA模板，因此這類酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶(DNa dependent DNA polymerase, DDDP)。②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。③催化dNTP加到引物的3′桹H末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。圖16-9。④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們在DNA復制和修復過程的不同階段發(fā)揮作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特點，所以我們著重介紹DNa polⅠ的作用并指出另外二種DNA pol的特殊性：

1.DNA聚合酶Ⅰ：

DNA polⅠ是由一條多肽鏈組成，分子量為109KD。酶分子中含有一個Zn++，是聚合活性必須的。

大腸桿菌每個細胞中約有400個酶分子，每個酶分子每分鐘在37℃下能催化667個核苷酸參入到DNA鏈中，用枯草桿菌蛋白酶可將此酶水介成兩個片段，大片段分子量為76KD，通常稱為klenow片段，小片段為34KD。大小片段具有不同的酶活性。

(1)DNA聚合酶的5′→3′聚合活性：

這是DNA聚合酶最主要的活性，按模板DNA上的核苷酸順序，將互補的dNTP逐個加到引物RNA3′桹H末端，并促進3′桹H與dNTP的5′桺O4形成磷酸二酯鍵，酶的專一性表現(xiàn)為新進入的dNTP必須與模板DNA堿基配對時才有催化作用，5′→3′聚合活性存在于klenow片段上(圖16－9和圖16-10)。

圖16-10　DNA聚合酶催化的DNA鏈延長

(2)DNA聚合酶的3′→5′外切核酸酶活性：

這種酶活性的主要功能是從3′→5′方向識別并切除DNA生長鏈末端與模板DNA不配對而游離的核苷酸，這種功能稱為校對功能，這是保證其聚合作用的正確性不可缺少的，因此對于DNA復制中極高的保真性是至關重要的。

(3)DNA聚合酶的5′→3′外切核酸酶活性：

這種酶活性是從DNA鏈的5′端向3′末端水解已配對的核苷酸，本質(zhì)是切斷磷酸二酯鍵，每次能切除10個核苷酸。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起重要作用，對完成的DNA片段去除5′端的RNA引物也是必須的。

DNA polⅠ的5′→3′聚合活性和5′→3′外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA一條鏈上的切口從5′→3′方向移動，這種反應叫做缺刻平移(nick translation)，利用此反應可在體外對DNA片段進行放射性磷(α-32PdNTP)的標記制成探針(probe)，進行核酸的分子雜交實驗，是現(xiàn)代分子生物學的一項重要技術(shù)(圖16－11)。

圖16-11　缺刻平移標記DNA探針

許多實驗證實DNA polⅠ并不是DNA復制過程中的主要酶，它的作用主要與DNA損傷后的修復有關。

2.DNA聚合酶Ⅱ(DNA polⅡ)

此酶分子量為120KD，每個細胞約有100個酶分子，但活性只有DNa polⅠ的5%，它具有5′→3′聚合活性和3′→5′外切活性，而沒有5′→3′外切活性，它的作用可能與DNA損傷修復有關。

3.DNA聚合酶Ⅲ(DNA polⅢ)

圖16－12　DNA聚合酶Ⅲ催化先導鏈和隨從的合成

這是在DNA復制過程中起主要作用的聚合酶，它是由一個多亞基組成的蛋白質(zhì)分子，其分子量＞600kDa整個酶分子形成一個不對稱的二聚體，每個大腸桿菌細胞中只有10?0個酶分子，但催化dNTP參入DNA鏈的速率卻是最快的，約為9000核苷酸/每分鐘/每個酶分子。這也證明DNa polⅢ是DNA復制過程中主要發(fā)揮作用的酶。在大腸桿菌染色體DNA進行復制時，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是單獨起作用的，而是與引發(fā)體，介鏈酶等構(gòu)成一個復制體(replisome)。由于復制體的存在，先導鏈和隨從鏈可以同時復制。DNa polⅢ是由多亞基組成的不對稱二聚體，它可能同時負責先導鏈和隨從鏈的復制，在φ×174的復制中觀察到引發(fā)體總是伴隨著DNA嚕噗(loop)的存在。圖16?2可以看到，由于隨從鏈的模板DNA在DNA聚合酶Ⅲ全酶上繞轉(zhuǎn)了180°而形成一個嚕噗，因此崗崎片段的合成方向能夠與先導鏈的合成方向以及復制體移動方向保持一致。

隨著DNA polⅢ向前移動，先導鏈的合成逐漸延長的同時，崗崎片段也在不斷延長，這一嚕噗也在不斷擴大。當崗崎片段合成到前一個片段的5′端時，這一大嚕噗就釋放出來，由于復制叉向前移動又可將另一部分隨從鏈的模板置換出來，由引發(fā)體合成新的引物，然后再形成一個小www.med126.com的嚕噗，進行新的崗崎片段的合成。由此模型不難看出：隨從鏈的合成需要周期性的引發(fā)，因此其合成進度總是與前導鏈相差一個崗崎片段的長度。崗崎片段完成后，其5′端的RNA引物由DNa polⅠ的5′→3′外切酶活性切除，由此造成的空隙再由DNA polⅠ的5′→3′聚合活性催化dNTP得到填補。所以DNA的復制是在DNa polⅢ和DNApolⅠ互相配合下完成的。

下面列表說明三種大腸桿菌DNA聚合酶的特性

表16－1　大腸桿菌DNA聚合酶特征

真核生物DNA聚合酶

真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ及ε。它們的基本特性相似于大腸桿菌DNA聚合酶，其主要活性是催化dNTP的5′→3′聚合活性，基本特征見表16－2。

表16-2　真核生物DNA聚合酶

真核細胞在DNA復制中起主要作用的是DNA polα，主要負責染色體DNA的復制。DNa polβ的模板特異性是具有缺口的DNA分子，被認為它與DNA修復有關。DNa polγ在線粒體DNA的復制中起作用。DNA polδ不但有5′→3′聚合活性，而且還具有3′→5′外切酶活性，據(jù)認為真核生物DNA復制是在DNa polα和DNA polδ協(xié)同作用下進行的，前導鏈的合成靠DNA polδ催化，并且還需要一種細胞周期調(diào)節(jié)因子椩鮒誠赴�航z乖?proliferatingcell nucleus antigen, PCNA)參與。而隨從鏈的合成靠DNA polα和引發(fā)酶配合作用完成。

(二)與超螺旋松馳有關的酶：

DNA復制從起始點開始向一個方向復制時，局部的DNA雙鏈必須打開，主要靠解鏈酶的作用，打開后的單鏈還需要單鏈結(jié)合蛋白與其結(jié)合，在復制叉向前移動時造成其前方DNA分子所產(chǎn)生的正超螺旋，必須由拓撲異構(gòu)酶來解決。下面分別介紹它們的作用。

拓撲異構(gòu)酶(topoisomerase)是一類改變DNA拓撲性質(zhì)的酶。在體外可催化DNA的各種拓撲異構(gòu)化反應，而在生物體內(nèi)它們可能參與了DNA的復制與轉(zhuǎn)錄。在DNA復制時，復制叉行進的前方DNA分子部分產(chǎn)生有正超螺旋，拓撲酶可松馳超螺旋，有利于復制叉的前進及DNA的合成。DNA復制完成后，拓撲酶又可將DNA分子引入超螺旋，使DNA纏繞、折疊，壓縮以形成染色質(zhì)。DNA拓撲異構(gòu)酶有Ⅰ型和Ⅱ型，它們廣泛存在于原核生物及真核生物中。表16－3

表16－3　大腸桿菌和真核生物中的拓撲異構(gòu)酶

拓撲異構(gòu)酶Ⅰ(TopoⅠ)的主要作用是將環(huán)狀雙鏈DNA的一條鏈切開一個口，切口處鏈的末端繞螺旋軸按照松馳超螺旋的方向轉(zhuǎn)動，然后再將切口封起來。這就使DNA復制叉移動時所引起的前方DNA正超螺旋得到緩解，利于DNA復制叉繼續(xù)向前打開。拓撲異構(gòu)酶Ⅰ除上述作用外，對環(huán)狀單鏈DNA還有打結(jié)或解結(jié)作用，對環(huán)狀雙鏈DNA的環(huán)連或解連以及使環(huán)狀單鏈DNA形成環(huán)狀雙鏈DNA都有作用(圖16－13)。

圖16－１3　拓撲酶Ⅰ及Ⅱ的作用特點

(a)大腸桿菌拓撲酶Ⅰ催化的4種拓撲異構(gòu)化作用　(b)拓撲酶Ⅱ的作用

拓撲異構(gòu)酶Ⅱ(TopoⅡ)是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的，曾被稱為旋轉(zhuǎn)酶(gyrase)，它們作用特點是切開環(huán)狀雙鏈DNA的兩條鏈，分子中的部分經(jīng)切口穿過而旋轉(zhuǎn)，然后封閉切口，TopoⅡ還可使DNA分子從超螺旋狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗神Y狀態(tài)，此反應不需要ATP參與。DNA復制完成后，TopoⅡ在ATP參與下，DNA分子從松馳狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樨摮�螺旋。此外，TopoⅡ催化的拓撲異構(gòu)化反應還有環(huán)連或解環(huán)連，以及打結(jié)或解結(jié)。

四、DNA復制的終止階段

DNA在復制過程中，合成出的前導鏈為一條連續(xù)的長鏈。隨從鏈則是由合成出許多相鄰的片段，在連接酶的催化下，連接成為一條長鏈。連接作用是在連接酶催化下進行的。

連接酶(ligase)的作用是催化相鄰的DNA片段以3′、5′－磷酸二酯鍵相連接。連接反應中的能量來自ATP(或NAD＋)。連接酶先與ATP作用，以共價鍵相連生成E桝MP中間體。中間體即與一個DNA片段的5′－磷酸相連接形成E-AMP-5′－DNA。然后再與另一個DNA片段的3′-OHH末端作用，E和AMP脫下，兩個DNA片段以3′、5′磷酸二酯鍵相連接。隨從鏈的各個DNA片段就是這樣連接成一條DNA長鏈(圖16-14)。��

圖16-14　連接酶的催化反應	圖16－15　真核生物DNA復制叉結(jié)構(gòu)示意圖

已有研究證明大腸桿菌染色體DNA具有復制終止位點，此處可以結(jié)合一種特異的蛋白質(zhì)分子叫做Tus，這個蛋白質(zhì)可能是通過阻止解鏈酶(Helicase)的解鏈活性而終止復制的。詳細的機制還不完全清楚。

DNA復制完成后，靠拓撲酶將DNA分子引入超螺旋結(jié)構(gòu)。

五、真核生物DNA復制的特點：

DNA復制的研究最初是在原核生物中進行的，有些原核生物的DNA復制已經(jīng)搞得很清楚。真核生物比原核生物復雜得多，但DNA復制的基本過程還是相似的。在這里我們主要討論一些重要的區(qū)別。

圖16－16　端粒酶催化端區(qū)TG鏈的合成

1.與原核生物不同，真核生物DNA復制有許多起始點，例如酵母S.cerevisiae的17號染色體約有400個起始點，因此，雖然真核生物DNA復制的速度(60核苷酸/每秒鐘)比原核生物DNA復制的速度(E.coli1700核苷酸/每秒鐘)慢得多，但復制完全部基因組DNA也只要幾分鐘的時間。

2.SV40病毒DNA主要依靠宿主細胞中的DNA復制體系進行DNA的復制，這是了解真核生物DNA復制的體外模型。在真核生物DNA復制叉處，需要兩種不同的酶。DNA聚合酶α(polα)和DNA聚合酶δ(polδ)。polα和引物酶緊密結(jié)合，在DNA模板上先合成RNA引物，再由polα延長DNA鏈，這種活性還要復制因子C參與。同時結(jié)合在引物模板上的PCNA(增殖細胞核抗原Proliferating cell nuclear antigen)此時釋放了polα，然后由polδ結(jié)合到生長鏈3′末端，并與PCNA結(jié)合，繼續(xù)合成前導鏈。而隨從鏈的合成靠polα緊密與引物酶結(jié)合并在復制因子C幫助下，合成崗崎片段(圖16－15)。

3.由于真核生物染色體是線性DNA，它的兩端叫做端區(qū)(telomeres)，端區(qū)是由重復的寡核苷酸序列構(gòu)成的。例如酵母的端區(qū)重復序列是5′G(1?)T(3)3′。前面講到所有生物DNA聚合酶都只能催化DNA從5′→3′的方向合成，因此當復制叉到達線性染色體末端時，前導鏈可以連續(xù)合成到頭，而由于隨從鏈是以一種不連續(xù)的形式合成崗崎片段，所以不能完成線性染色體末端的復制，如果這個問題不解決，真核生物在細胞分裂時DNA復制將產(chǎn)生5′末端隱縮，使DNA縮短，近十多年的研究表明，真核生物體內(nèi)都存在一種特殊的反轉(zhuǎn)錄酶叫做端粒酶(telomerase)，它是由蛋白質(zhì)和RNA兩部分組成的，它以自身的RNA為模板，在隨從鏈模板DNA的3′桹H末端延長DNA，再以這種延長的DNA為模板，繼續(xù)合成隨從鏈(圖16－16)。

由此可見端粒酶在保證染色體復制的完整性上有重要意義。