关于 冈崎片段 的百科小常识
冈崎片段(Okazaki fragment):相对比较短的DNA链(大约1000核苷酸残基) 是在DNA的滞后链的不连续合成期间生成的片段 这是Reiji Okazaki在DNA合成实验中添加放射性的脱氧核苷酸前体观察到的。
DNA复制过程中 2条新生链都只能从5端向3端延伸 前导链连续合成 滞后链分段合成.这些分段合成的新生DNA片段称冈崎片段.细菌冈崎片段长度1000-2000核苷酸 真核生物冈崎片段长度100-200核苷酸.在连续合成的前导链中 U-糖苷酶和AP内切酶也会在错配碱基U处切断前导链.
任何一种DNA聚合酶合成方向都是从5'向3'方向延伸 而DNA模板链是反向平行的双链 这样在一条链上 DNA合成方向和复制移动方向相同(前导链) 而在另一条模板上却是相反的(后滞链)。那么在复制叉中新链是如何合成的呢?1968年冈崎(Okazaki)及其同事进行了一系列实验 回答了这一问题。
他们做了两组实验 一组是脉冲标记实验(pulse-labeling experiment)。以E.coli为材料 在培养时 培养基中加入同位素[3H]标记的dTTP 经30秒后 DNA刚开始复制 分离DNA 然后在碱中沉淀 变性 让新合成的单链和模板链分开 再用CsCl密度梯度离心 以沉降的快慢来确定片段的大小 再检测放射标记 结果表明被3H标记的片段 也就是新合成的片段 沉淀系数为20S左右 即都是长1000~2000Nt的DNA片段 而亲本链要比它大20~50倍;第二组实验是脉冲追逐实验。目的是检测早期合成的DNA片段以后的命运又是如何的?是依然如旧的短片段 还是连接成了长片段。这个实验是先进行标记培养30秒 以后除去同位素继续培养几分钟 再分离DNA在碱中沉淀 检测结果。先合成的(带标记)的DNA不再是短片段 而和总DNA的情况相似 沉淀系数为70S~120S较长的片段 这意味着刚开始合成的片段都是短片段 以后再连接成长片段 人们就把最初合成的短片段称为冈崎片段(Okazaki fragment)。
由于这个实验的结果使得人们普遍认为:无论是前导链还是后滞链都是先合成小片段 然后在连成大片段 称为“不连续复制“(discontinuous replication)。然而由模型预测应该只有一半放射标记存在于小片段中 但实验的结果却全部是小片段DNA 为什么从前导链模板的3′-OH端延伸会不连续合成呢?人们在思考这个问题。1978年Olivera提出了半不连续(semidiscontinuous)复制模型 也就是说前导链上的合成是连续的 只有后滞链上的合成才是半连续的。现在已经弄清原来是由于细胞内都存在有dTTP和dUTP 而DNApolⅢ却并不能区分它们 因此也会将dUTP加入到DNA中 形成A·U对。那么在DNA中为什么没有U的存在呢?这是因为E.coli细胞里有双重“保险” 防止了U的“混入”。第一道关是细胞里的dUTPase 它能使dUTP变成dUMP dUMP是不能作为DNA合成的底物 这样它就不再能加入DNA中。但总还有些漏网之“鱼” 它们还是逃过此关 混入DNA中 这就靠第二道关来清除“异己” 这道关的主角是尿嘧啶N-糖苷酶(uracil N-glycosylase) 它可以切断混合尿苷的糖苷键 形成无Pu和Py位点(apurinic or apyrimidinic AP) 再由AP内切酶在AP位点切出一个缺口 进一步进行切除修复。在细胞内尿嘧啶N-糖苷酶作用较快 而AP酶作用较慢 在新链合成之初约1200bp就有可能掺进一个U 但很快就被尿嘧啶N-糖苷酶切断糖苷键 在AP酶未作用前在脉冲标记实验中就提取了 用NaOH沉淀时 AP位点十分易断裂 所以前导链也成了小片段。以下实验证实了这个解释:
(1)在dut-突变体(dUTPase缺失)中冈崎片段比在dut+中为短。这是因为U掺入机会增加;
(2)在ung-(尿嘧啶N-糖苷酶缺失)突变体中 新合成的DNA约有一半由片段组成。这是(3)因为尿嘧啶N-糖苷酶缺失 不会切除U的糖苷链 也就不会出现AP位点 所以碱沉淀时不易断裂 从而保持了半不连续的原貌。
在dut- ung-双突变体中 结果和实验(2)相同 更进一步证实了此推测。