DNA复制是指双链在细胞分裂进行的以一个DNA为模板合成DNA链的过程。复制的结果是一条双链变成两条一样的双链（如果复制过程正常的话），每条双链都与原来的双链一样（排除等不定因素）。

DNA复制是一种在所有的生物体内都会发生的过程，是生物的基础。对于，即绝大部分生物体内的DNA来说，在正常情况下，这个过程开始于一个亲代DNA分子,最后产生出两个相同的子代DNA分子。亲代双链DNA分子的每一条都被作为模板，用以合成新的互补单链，这一过程被称为。的机制确保了DNA复制准确性。

在细胞当中，DNA复制起始于的特殊，称为“起始位点”。起始于起始位点的DNA解链和新链的合成会形成。除了外，一些酶通过添加和模板相配的来合成新DNA,一些和复制叉连接的其他对DNA的复制起始和延伸起辅助作用。

DNA复制也可以在体外（即人工地）进行，从细胞中分离的DNA人造的DNA复制可以用来启动以已知序列的DNA分子为模板的复制，（PCR）是一种常见的实验室技术，这种采用了循环方式的人工合成，在一个DNA池中出特定的DNA片段。

此时，原本呈双螺旋结构的两条链已经打开，并且每一条单链都作为下一条新链的模板。各个按照碱基互补配对原则被合成新的。

DNA通常是一个双链的结构，两条单链互相盘绕从而表现出结构。是DNA的单体。DNA的每一条单链都是由四种碱基不同的脱氧核糖核苷酸构成的，这四种碱基即：（A)、（C)、（G）和（T）。一个核苷酸可以是一、或者三磷酸的，也就是说，一个着一个、两个或者三个磷酸基团。每条单链中相邻的脱氧核糖核苷酸都通过化学反应生成相连接，以此形成了DNA双中由磷酸基团和脱氧核糖组成的骨架，而骨架里面既是碱基对。两条单链之间的（即碱基）通过氢键形成碱基对相连。一般情况下，A只与T相连，而C只与G相连。

DNA链是具有方向性的，对于DNA的一条单链来说，它的两个末端分别被命名为“3'端”和“5'端”。DNA两条单链的结构之所以被描述为“双螺旋”，其中的“反向”即指两条单链中，一条链的方向是从3'端到5'端，而另一条则相反，是从5’端到3’端。5和3指的是在一个脱氧核糖中连接着相邻的磷酸基团的两个碳原子。方向性对于DNA合成有重要的意义，因为在DNA合成的过程中，DNA聚合酶只能向3'端的方向添加新的脱氧核糖核苷酸。

DNA中两条链的碱基是通过氢键连接实现一一配对的，这意味着一个DNA中的两条单链都包含着完全相同的信息。这样，一条单链中的核苷酸可以用来重建互补链中预期相对的核苷酸。

在所有形式的DNA复制中，DNA聚合酶都是必需的一类酶。不过，一个DNA聚合酶只能根据，延长已经存在的DNA链，并不能直接开始合成一条新链以起始DNA复制。要起始DNA复制，必须先合成一小段与模板链配对的，被称之为引物的DNA或者链。
之后，DNA聚合酶会通过磷酸二酯键的连接，添加与模板链配对的核苷酸，从而向引物链的3'端方向合成DNA。每一个未结合的碱基都连着三个，DNA合成的能量即来自于其中的两个磷酸基。（自由的碱基和与之相连的磷酸基团统称为三）当一个核苷酸被添加到正在延长的DNA链上时，它的两个磷酸基团将脱落，释放的能量将会生成一个磷酸二酯键把剩下的磷酸基团和DNA链连接起来。这样的能量机制也可以用来解释复制的方向性——如果DNA是从5'端向3'端合成的话，那么能量就会通过5'端提供而不是自由的核苷酸了。

一般来说，DNA聚合酶是相当精准的，每添加10^7个核苷酸，发生的错误不超过一个。即使是这样，有些DNA聚合酶也具有的能力，他们可以移除错配的碱基。如果5'端核苷酸在校正的过程中需要被移除，那么三磷酸末端就会丢失。因此，用于提供添加新核苷酸的能量来源也就丢失了。!

DNA复制是透过名为半保留复制的机制来得以顺利完成的。半保留复制是由与所预测，并且由（Matthew Stahl）于1958年进行研究而得以证实。

沃森和克里克在提出DNA的模型时就对DNA的复制过程进行了预测。由于DNA碱基对的配对原则，两条链是互补的，因此，双链中的任意一条链都含有完整的。沃森和克里克推测，在DNA复制过程中氢键首先断裂，双螺旋并被分开，每条链分别作为模板各自合成一条新的互补链。这样就产生了两个与原来DNA分子的一样的新的DNA分子。而新DNA分子的一条链来自亲代DNA分子，另一条链是新合成的，因此，这种复制方式称为半保留复制。

1958年，（Matthew Meselson）和（Franklin Stahl）用标记法和法证明了沃森和克里克的半保留复制模型。这个实验被称作。

复制可以分为以下几个阶段：

• 起始阶段：在局部展开双螺旋结构的DNA分子为单链，辨认起始位点，以解开的一段DNA为模板，按照5'到3'方向合成RNA短链。形成引物。
• DNA片段的生成：在引物提供了3'-OH末端的基础上，催化DNA的两条链同时进行复制过程，由于复制过程只能由5'->3'方向合成，因此一条链能够连续合成，另一条链分段合成，其中每一段短链成为（Okazaki fragments）。
• RNA引物的水解：当DNA合成一定长度后，DNA聚合酶水解RNA引物，补填缺口。
• 将DNA片段连接起来，形成完整的DNA分子。

最后DNA新合成的片段在的帮助下重新形成螺旋状。

细胞若要，必先复制其DNA。这个过程在DNA上的一个特殊位点上开始，称之为“，相关的酶作用于这个位点，DNA的双链被分开，复制随即开始。起始位点包含一段可以被复制启动蛋白（比如中的dnaA以及中的起始点识别）识别的。这些启动蛋白吸引其他的把DNA的双链打开并开启复制叉。

启动蛋白吸引其他相关蛋白组成了前复制复合物，它可以在起始位点打开DNA链并形成一个泡。起始位点的序列倾向于富含A-T碱基对，这有益于启动的实现，因为A-T碱基对只有两条氢键相连（C-G碱基对有三个），一般来说，这样的结构使得打开双链更加容易，因为氢键的数量越多则打断它们需要的能量也越多。

所有已知的DNA复制系统在复制开始前都需要一个自由的3'羟基。现在已发现四种不同的复制机制。

1. 所有的真核生物、许多DNA病毒、噬菌体和质粒用引物酶合成一小段包含有一个自由3'羟基的RNA引物，DNA聚合酶随后会顺着3'羟基延长序列。
2. 反转录转座子（包括反转录病毒）在反转录酶的辅作用下利用转移RNA为DNA的复制延伸提供自由 3′ OH。
3. 在腺病毒和细菌噬菌体 φ29家族中，DNA聚合酶将核苷酸添加到基因组附蛋白以合成新链，组成基因组附蛋白的氨基酸侧链提供 3' OH。
4. 在单链DNA病毒（包括环状病毒、双粒病毒、细小病毒以及其他单链DNA病毒）、许多噬菌体和质粒中，采用环状复制机制（RCR）。RCR内切酶先在基因链上（对于单链病毒）或者DNA的一条链上(对于质粒）制造一个缺口。缺口链的5'端被运送到核酸酶的酪氨酸残基上，而自由的3'羟基端则被用作DNA聚合酶复制新链的起点。

这些机制中被了解最深入的是的复制机制。DNA首先解开螺旋，双链被打开，RNA引物与模板链结合。特别来说，的活动区域只结合一个RNA引物；而则结合几个，这几个RNA引物生成的断断续续的后随链称之为冈崎片段，以其发现者命名。

DNA聚合酶在合成前导链时是持续合成的，而在后随链时却是的（这是因为合成的方向性，请参考冈崎片段）。会水解那些曾用于使DNA聚合酶起始复制的RNA片段,另一些DNA聚合酶会进去缺口并生成DNA填补缺口。当这一步完成时，前导链的一个缺口和后随链的数个缺口都会被填补上。DNA将会填补这些缺口，从而完成新DNA分子的合成。

、真核生物在这个过程中使用的引物酶，和使用的有所不同。细菌用的属于DnG含有一个TOPRIM折叠型的域。TOPRIM折叠包含一个α/β核心和四条保守链，以罗斯曼拓扑结构存在。这种结构同时在许的催化中发现，如 I a,,OLD家族，与RecR蛋白有关的蛋白。

比较而言，古菌和真核生物中的引发酶含有高度派生的RNA识别模式。这种引发酶在结构上和许多参与DNA复制与修复的酶相似，如：依赖于RNA的，，核苷酸生成循环酶，A/B/Y家族的DNA聚合酶。所有这些蛋白质共有一个催化机制：双向介导的核苷酸转移，其中在第一条链末端和RRM-LIKE单位的第二条链和第三条链之间分别附着着两个，由二价阳离子。

随着DNA合成的继续，原始DNA链继续沿复制泡两边解旋，形成具有两个叉子的复制叉结构。在细菌的上只有一个复制起始位点，复制过程最终形成一个θ结构。比较起来，真核生物具有较长的，可在多个位点进行复制起始。

合成后的前导链作为新DNA的模板链，所以复制叉沿3'向5'移动。从而使新合成的链与原始链互补，在新链沿着5'到3'合成DNA，这和复制叉移动的方向相同。
在前导链上，一个不断地“阅读”被复制的DNA并向前导链添加核苷酸。这个聚合酶就是中的DNA聚合酶Ⅲ（DNA Pol III）；在酵母菌中，推测是聚合酶ε。在人中，前导链和后随链在细胞核中是由聚合酶α和聚合酶δ合成，在中由聚合酶 γ合成。在特殊情况下聚合酶ε可以替代聚合酶δ。

后随链是新DNA双链的，所以复制叉沿5'向3'移动。因为它的方向性和DNA聚合酶Ⅲ从3'到5'的工作方向相反，复制过程在后随链上比前导链更为复杂。
在后随链上，引物酶“读”DNA并添加数小段分开的RNA引物。在真核生物中引物酶是聚合酶α。DNA聚合酶Ⅲ或聚合酶δ延长引物片段，形成冈崎片段。之后引物的去除也由聚合酶α完成。而在中，（DNA polymerase I）将RNA引物去除后再用对应的脱氧核糖核苷酸替换。最后DNA连接酶再将片段连接起来。 ko

DNA是生命遗传信息的载体，它的复制是生命繁衍过程当中最重要的一步。关于DNA复制分子机制的研究一直是生命科学中最基本的问题之一。近日，美国国立卫生研究院杰出研究员杨薇的课题组揭示了DNA复制体的结构和工作原理，相关成果发表在《科学》上。

DNA的复制由多个蛋白组成的复制体协同完成，这些蛋白包括DNA酶、DNA螺旋酶、引发酶和若干辅助蛋白。早在60年前，人们就已经确认DNA是遗传物质，并且解析出了DNA的双螺旋结构。然而直到今天，复制体如何在DNA上组装并协同完成DNA复制这个问题，依然没有明确的答案。

研究人员利用冷冻电镜技术，研究了模式生物T7噬菌体的DNA复制机制，并获得了第一个复制体复制DNA的三维结构。

人们已经知道，在DNA复制过程中，双链DNA被解旋成前导链和滞后链，分别作为复制模板，而前导链和滞后链则共同形成一个被称作“复制叉”的结构。

研究者发现在复制体结构中，DNA聚合酶、螺旋酶和引发酶紧密地结合在“T形”的复制叉周围，形成一个多层紧密分子结构。前导链和滞后链分别被DNA聚合酶和DNA螺旋酶捕获，两个酶向相反的方向拉伸母链DNA，协同完成母链DNA的解旋。先导链直接被DNA聚合酶复制，而滞后链穿过螺旋酶后，先后被滞后链上的引发酶和DNA聚合酶捕获，作为复制模板被复制。

他们甚至捕捉到了复制体尤其是螺旋酶在复制过程中的多个分子构象，揭示了DNA复制的动态过程。

“这么多年来，教科书上的‘Y形复制叉’都来自人们的假设。而这项研究，是人类第一次看到真正的复制叉。有趣的是，它不是‘Y形’的，而是‘T形’的——下游DNA是‘T字’的主干，顶上的两个分支是两条分开了的前导链和滞后链。”

“我们观察到的复制体动态过程，在细菌和真核生物中均保守存在。也就是说，复制体不仅参与了DNA复制过程，还能DNA损伤和协同应激反应。”论文第一作者，目前在课题组里作博士后的高阳说，“这样一个详尽的DNA复制体结构，能很好地揭示许多之前已经发表的成果，并为人们理解DNA复制、重组和修复等过程之间的协调提供了基础。”