DNA 复制过程中的纠错机制

DNA 聚合酶 (DNAP) 是一种具有双重功能的酶，在 DNA 复制过程中的两种不同情况下发挥两种相反的作用。它发挥其作为聚合酶的常规作用，通过添加单体催化新 DNA 分子的延伸。然而，它可以切换为外切酶的角色，通过切除新合成 DNA 中最后掺入的单体来缩短同一 DNA 链。正如错误掺入的核苷酸可能逃过外切酶作用导致复制错误一样，正确的核苷酸也可能因错误切除而被不必要地牺牲。本文通过建立 DNA 复制的最小随机动力学模型，探讨了 DNAP 的聚合酶与外切酶活性之间的相互作用。我们推导出了几个关键统计分布的精确解析表达式；这些表达式表征了机械步进和化学（切除）反应的时间模式。为这两个过程的平均速率推导出的类米氏方程解析表达式不仅展示了它们耦合的效应，还被用于衡量复制错误和错误切除的程度。