DNA半保留複製時，DNA的兩條鏈都能作為模板，同時合成出兩條新的互補鏈。DNA分子的兩條鏈是反向平行的，一條鏈的走向為5′→3′，另一條鏈為3′→5′。但是，所有已知DNA聚合酶的合成方向都是5′→3′，而不是3′→5′。為了解釋DNA在複製時兩條鏈如何能夠同時作為模板合成其互補鏈這個問題，日本學者Okazaki等提出了DNA的半不連續複製模型(圖1)。
DNA複製的方向為何總是5′→3′？為何所有已知的DNA聚合酶的延伸方向都是5′→3′？生物體為何沒有演化出一種能使核苷酸按3′→5′方向聚合的酶，從而使後隨鏈的合成也是連續的呢？
經查閱相關資料，發現這是生物長期進化的結果。所有已知的DNA聚合酶只能使新合成的DNA子鏈從5′→3′方向延伸，這種方向性是其在生物進化中保留的、深刻的、選擇與適應性特徵，有著深刻的化學及生物學功能的根源。
首先，DNA複製過程中，DNA雙鏈解螺旋後，每一條鏈上所暴露出來的鹼基各自與一個游離於核中的三磷酸脫氧核糖核苷酸（dTTP、dGTP、dATP、dCTP）按鹼基配對原則配對。之所以參與反應的是三磷酸脫氧核苷酸（dNTP）是因為DNA的聚合反應需要能量，在DNA聚合酶的催化下，dNTP分解2個磷酸基團，放出能量用於核苷酸順序連接而成為新鏈。
其次，DNA聚合酶只能將游離的核苷酸加到新鏈的3′端（即一（-OH）。
再次，我們可以利用反證法來說明「為什麼DNA聚合酶的延伸方向都是5′→3′，而不是3′→5′」。假設鏈的延伸方向為3′→5′，基於能量的需要，其多核苷酸鏈的5′端必須帶有三磷酸基團（P~P~P），才能與游離的dNTP起反應，而dNTP也有P~P~P，由於磷酸基團之間強的電負性，使dNTP難以聚合到DNA的5′端，這就需要切除DNA5′端的2個磷酸基因以消除這種影響。而這樣又難於為進一步的聚合提供所需的能量，為使聚合反應得以繼續，5′端必須重新活化，需要額外的能量供應以及別的酶參與反應，才能與下一個dNTP的3′-OH生成磷酸二酯鍵。這樣既費時又耗能，從生物進化與適應角度來講是不利的。
通過進化，DNA複製總是在5′→3′方向添加新核苷酸解決該問題。DNA複製過程中，滯後鏈的半不連續複製過程雖然複雜，但它節省能量，且有利於錯配核苷酸的校正。因此，DNA複製方向只能是由5′→3′方向（圖2）。
|文獻來源：黎小軍,陳慧.DNA複製的方向為何總是5′→3′[J].生物學教學,2007(12):48.
由於微信修改了推送規則，沒有經常「點讚」、點「在看」的，會逐漸收不到消息推送！小編懇請您在每次看完推送文章後點「在看」、「點讚」或者將「生物樹」公眾號加為「星標」，這樣你就可以及時收到消息推送了，等你哦！。