當(dāng)一個(gè)細(xì)胞發(fā)生分裂時(shí)，它通過復(fù)制DNA而傳遞遺傳信息。化學(xué)家們也了解DNA復(fù)制。研究小組描述了一種新的復(fù)制技術(shù)：就像細(xì)胞那樣，利用單條DNA鏈作為“主要模板”，但不需要酶。不同于較早期的方法，它允許這條DNA鏈不僅按照大自然偏好的方向，而且按照與當(dāng)前DNA合成技術(shù)相反的方向，進(jìn)行逐步增長(zhǎng)。
在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，DNA雙鏈在復(fù)制過程期間是按照片段進(jìn)行區(qū)分的。其中一條鏈作為主模板發(fā)揮作用。聚合酶逐步地將對(duì)應(yīng)的核苷酸接合在一起從而形成新的互補(bǔ)鏈，并且這條互補(bǔ)開始與作為引物的“起始片段”發(fā)生反應(yīng)。DNA鏈的骨架是五元糖環(huán)和磷酸基因交替排列組成的。DNA鏈連接是在五元糖環(huán)的3'和5'氧原子上形成的。而自然增長(zhǎng)是在3'方向發(fā)生。
關(guān)于生命起源的一個(gè)問題是：在聚合酶存在之前，大自然如何能夠復(fù)制DNA或RNA？自從20世紀(jì)80年代以來，化學(xué)家們利用DNA合成儀產(chǎn)生DNA鏈，但是在沒有模板或引物的條件下，DNA鏈序列是由加入試劑的次序而決定的。只有利用保護(hù)性基團(tuán)抑制不受控制的反應(yīng)和按照程序加入試劑才能確保堿基序列是正確的。這明顯不是大自然合成DNA的方式。但是當(dāng)酶不存在時(shí)，模板指導(dǎo)的引物延伸在化學(xué)上是如何發(fā)揮功能的。
zui近，不同的方法被用來開發(fā)一種被稱作化學(xué)引物延伸（chemical primer extension）的技術(shù)，這種技術(shù)涉及已激活的核苷酸和一種經(jīng)過稍微修飾的DNA引物的末端發(fā)生反應(yīng)。研究人員發(fā)現(xiàn)保護(hù)性基團(tuán)是在溫和條件下移除的，這樣利用引物和模板制造出類的DNA雙螺旋不會(huì)降解。這允許核苷酸（人5核苷酸酶ELISA試劑盒）和引物末端的反應(yīng)能夠依照要求被打開和關(guān)閉，而且模板鏈上的序列信息能夠逐個(gè)核苷酸地被讀取。若要這種技術(shù)發(fā)揮作用，模板和引物都被附著到微小球體上。
就像在自動(dòng)化合成儀中那樣，這些試劑和構(gòu)建元件能夠在球體上流動(dòng)。引物通過堿基配對(duì)與模板結(jié)合。來自周圍溶液中的一個(gè)合適的核苷酸停靠在模板上下一個(gè)空缺的結(jié)合位置上。這個(gè)核苷酸隨后通過激活的磷酸單位結(jié)合到引物的活性末端。這些應(yīng)當(dāng)發(fā)生反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)變化而變得比天然DNA更加活躍。關(guān)于這種技術(shù)的特別事情是能夠在3'或5'方向控制DNA鏈延伸。在自然中，已知這并不發(fā)生。迄今為止，這種過程仍然非常緩慢，而且局限于較短的序列。通過優(yōu)化反應(yīng)調(diào)節(jié)和更好的自動(dòng)化來進(jìn)行改進(jìn)是可能的。
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