Реплікація
Механізм дії ДНК-полімерази
Для передачі дочірнім клітинам генетичної інформації в процесі реплікації ДНК (DNA) повинна бути створена копія генома. Реплікація ДНК здійснюється ДНК-залежними ДНК-полімерази. Ці ферменти використовують як шаблон одну з ланцюгів подвійної спіралі ДНК, так звану матрицю. На матриці, починаючи з короткою стартовою послідовності (праймера), ферменти синтезують комплементарную ланцюг і відтворюють в підсумку вихідну двухтяжевую ДНК. Субстратами ДНК-полімераз є чотири дезоксірібонуклеотідтріфосфата: аденозин-, гуанозін-, тімідін – і цітозінтріфосфати. При кожному кроці синтезу ДНК відбувається спарювання нуклеотиду з відповідним азотистих основ матричної ланцюга. Потім α-фосфатна група пов’язаного нуклеотиду піддається нуклеофільної атаці з боку 3′-ОН-групи попереднього нуклеотиду. За цим слідує видалення дифосфата і утворення нової фосфодіефірних зв’язку. Ці етапи повторюються знову і знову в міру руху ДНК-полімерази від одного підстави до наступного уздовж матриці. Відповідно до цього механізму матрична ланцюг ДНК зчитується у напрямку 3 ‘→ 5′.
У більшості клітин є кілька ДНК-полімераз. Поряд з ферментами, які здійснюють власне реплікацію, існують полімерази, які включені в процеси репарації ДНК (див. С. 252) або реплікують мітохондріальну ДНК еукаріот. Більшість ДНК-полімераз побудовані з безлічі субодиниць, роль яких до кінця не з’ясована.
Б. Реплікація в Е. coli
В даний час процес реплікації у прокаріотів досить вивчений, в той час як багато аспектів еукаріотичної реплікації залишаються неясними. Проте з великою часткою ймовірності можна стверджувати, що в більшості клітин цей процес протікає в основному однаково. На схемі показана найпростіша схема реплікації у бактерії Escherichia coli. В бактеріях реплікація починається зі специфічною точки в кільцевої ДНК (область початку реплікації) і продовжується в обох напрямках. В результаті утворюються дві реплікативні вилки, які просуваються в протилежних напрямках, т. Е. Обидві ланцюга реплицируются одночасно. На схемі вихідна ДНК (1) пофарбована в блакитний і фіолетовий кольори, а знову синтезується – в рожевий і помаранчевий. У функціонуванні кожної вилки беруть участь безліч різних білків, з яких тут вказані найбільш важливі.
Кожна репликативная вилка (2) включає принаймні дві молекули ДНК-полімерази III, асоційовані з декількома допоміжними білками. До останніх відносяться ДНК-топоізомерази (гірази), які розкручують щільно згорнуту подвійну спіраль ДНК, і ХЕЛІКАЗИ, які розплітає двухтяжевую ДНК на два ланцюги. Оскільки матрична ланцюг завжди читається в напрямку 3 ‘→ 5′ (див. Вище), тільки одна з ланцюгів може зчитуватися безперервно (рожева / фіолетова, 2). Інша ланцюг (блакитного кольору) зчитується в напрямку, протилежному руху реплікативної вилки. В результаті на матриці спочатку синтезуються короткі фрагменти нового ланцюга ДНК (зелений / оранжевий), так звані фрагменти Окадзакі (OF), названі так по імені їх першовідкривача. Кожен фрагмент починається з короткою РНК-затравки (праймера, зеленого кольору), необхідної для функціонування ДНК-полімерази. Праймер синтезується спеціальної РНК-полімеразою (“праймаза”, на схемі не показана), ДНК-полімераза III добудовує цей праймер до фрагмента ДНК завдовжки 1000-2000 дезоксінуклеотідних ланок (оранжевого кольору). Синтез цього фрагмента далі переривається, і новий синтез починається з наступного РНК-праймера. Індивідуальні фрагменти Окадзакі спочатку не пов’язані один з одним і все ще мають РНК на 5′-кінцях (3). На деякій відстані від реплікативної вилки ДНК-полімераза I починає заміщати РНК-праймер послідовністю ДНК. На завершення залишаються одноцепочечниє розриви репаруючу ДНК-лігази. В утвореній таким чином подвійної спіралі ДНК тільки одна з ланцюгів синтезована заново. Тому кажуть, що реплікація ДНК відбувається по напівконсервативним механізму.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)