# 分子剪刀怎样找到DNA上的目标位置

By DUSK

Topic: Physics & Chemistry

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## Guide

### 1. 1 向导RNA装进分子剪刀

Cas9是一种蛋白质，像一把分子剪刀。它自己不知道该去哪里剪，要先抱住一条向导RNA（青色）。向导RNA的一端有20个“识别块”，用来和DNA比对；另一端的发夹结构帮它牢牢卡在蛋白里。

示意图：形状、大小和颜色都是简化的符号，不按比例；时间被加快。

### 2. 2 先找PAM这个“门牌”

装好向导后，Cas9在DNA上到处试探。它先认一个很短的标记，叫PAM（紫色，3个块，其中一个可以是任意碱基）。没有PAM的地方，即使序列相像，它也不会打开DNA。

本作品采用常见的化脓链球菌Cas9概念：PAM共3个碱基。这里只用色块表示，不显示真实序列。

### 3. 3 解开双链，逐块比对

认出PAM后，紧挨着PAM的一小段DNA被局部解开。向导RNA从靠近PAM的一端开始，像拉链一样一块一块地和目标链（金色）配对，另一条链被挤到一边。靠近PAM的约10个块叫“种子区”，最关键。

试试右侧的“部分错配”：远端有几块配不上时，拉链会停住。颜色只是符号，真正起作用的是碱基配对。

### 4. 4 构象激活，剪断两条链

当配对足够完整，Cas9会改变形状，被“激活”。HNH结构域摆过去剪断与向导配对的那条链，RuvC结构域剪断另一条链，于是DNA两条链都断开。切口位于PAM旁边约3个碱基处。

四盏灯代表四个条件：PAM、种子区配对、完整配对、蛋白激活。只有条件一起满足，才画出切断。

### 5. 5 细胞自己来修补

剪刀只负责剪开，不会自动粘贴想要的新片段。断口要由细胞自己的修复系统处理：可能直接把两端接回去，接口处有时多出或少掉几块；如果附近恰好有相似的模板，也可能照着模板修补。

下面两个选项是概念上的不同结果，不代表发生的概率，也不保证修补精确。为看清断口，示意中把蛋白移开了。

### 6. 6 局限：并非只看颜色

能否结合和剪切，取决于好几个条件一起成立：有PAM、种子区配对、整体配对足够好、DNA可以接触、蛋白处于活性状态。相似但不完全相同的位置，有时也可能被剪，这叫“脱靶”。所以科学家要谨慎检验结果。

总结：向导RNA负责“找”，Cas9负责“剪”，细胞负责“补”。本作品是非实验性的机制科普，不含任何实验方案。