Репликация ДНК

Для того чтобы хранящаяся в ДНК информация могла использоваться клетками она должна в неизменном виде переписаться и передаться дочерним клеткам во время деления. Этому способствует существующий процесс репликации. Т.е. синтез дочерних ДНК на ДНК материнских. Репликация осуществляется посредством ДНК-зависимых-ДНК-полимераз (ДНК-полимераз). Эти ферменты используют в качестве матрицы одну их цепей ДНК. Существует несколько разновидностей ДНК – полимераз. ДНК – полимераза –I, которая принимает участие в процессе репликации, достраивая дочернею ДНК после вырезания праймера. Этот фермент был открыт в 1955-1958 г. Корнбергом. ДНК – полимераза –II, присутствует в клетке, но ее функции до конца не определены. ДНК – полимераза – III, главный фермент реплекации. Именно ему отводится главная роль в построении дочерней ДНК.

Субстратами ДНК-полимераз служат четыре дезоксирибонуклеотидтрифосфата –АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ, которые в присутствии катиона Mg²⁺ распадаются до дезоксирибонулеотидмонофосфатов с освобождением эквивалентного количества пирофосфорной кислоты.

При каждом шаге происходит спаривание нуклеотида с азотистым основанием матричной цепочки. Механизм самоудвоения ДНК получил название репликативной вилки.

Каждая репликативная вилка содержит, по крайне мере, две молекулы ДНК-полимеразы, ассоциированными со вспомогательными белками. К последним относятся:

· ДНК-топоизомеразы (ДНК-раскручивающий белок или гиразы). Их функции – разделение плотно уложенной двойной спирали ДНК посредством разрыва водородных связей между азотистыми основаниями;

· ДНК - хелаказы. Их функции расплетание нитей ДНК;

· ДНК - связывающие белки. Их функция создание условий для не восстановления двойной спирали.

ДНК- полимеразы не способны сразу вести сборку дочерних ДНК, их функция последовательное наращивание комплементарных нуклеотидов к 3´-концу затравки. В качестве затравки используется полинуклеотид РНК, состоящий из 50-80 остатков, называемый праймер. За его синтез отвечает специальная РНК – полимераза (праймаза). Именно к нему ДНК-полимеразы присоединяют нуклеотиды для построения дочерней ДНК. Синтез дочерней ДНК идет в направлении 5¢ 3¢.

В репликативной вилке происходит синтез сразу двух дочерних ДНК, антипараллельных материнским. Построение дочерних ДНК на разных концах вилки происходит по разному. Если на одном участке синтез протекает по направлению репликативной вилки, то полученная ДНК непрерывная и называется лидирующей или ведущей, то другая цепь прерывистая, и состоит из коротких фрагментов, каждый из которых начинается праймером. Этот участок ДНК называется запаздывающий или отстающий. Синтез также происходит в направлении 5¢ 3¢. Когда длина такого фрагмента ДНК достигает 1000-2000 остатков – синтез этого фрагмента прерывается и начинается достройка нового праймера. Такие отдельные фрагменты дочерней ДНК, содержащие остатки РНК (праймеры) называются фрагментами Оказаки. Из этих фрагментов, в последующем, вырезаются праймеры (рестриктазами) и пробелы достраиваются с помощь ДНК-полимераз – I, а затем сшиваются с помощь. ДНК - лигаз.