Репликация

Общая характеристика:

1. Матрица – двуцепочечная молекула ДНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты): дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

3. Продукт – две дочерние ДНК, комплементарные друг другу (но не идентичные).

4. Источник энергии – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты): дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

5. Ферменты – топоизомераза I,II, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза.

6. Локализация в клетке – ядро (S-фаза клеточного цикла).

Стадии:

1) Образование репликативной вилки

2) Синтез дочерних цепей ДНК

3) Удаление праймеров

Основной механизм – полуконсервативный, т.е. двойная спираль раскручивается, цепи расходятся и каждая затем достраивается до двуцепочечной по принципу комплементарности. Каждая новая двуцепочечная молекула ДНК = 1 цепь старой + 1 цепь дочерней ДНК.

1. Образование репликативной вилки

Топоизомеразы I (II) находят на двуцепочечной молекуле ДНК определенную последовательность – точку начала репликации. Затем разрывают или одну цепь (топоизомераза I), или обе (топоизомераза II) и встраиваются в них.

Происходит разрыв двуцепочечной молекулы с образованием репликативного «глаза» = участок инициации репликации = original.

Т.к. молекула ДНК содержит около 150∙10⁶ пар нуклеотидов, а репликация идет со скоростью 50 нуклеотидов/мин, то репликация занимала был 800 часов, а она идет 9.

Следовательно, на молекуле ДНК несколько участков начала репликации, и репликация идет в двух направлениях.

В репликативном глазе можно выделить 2 репликативные вилки.

Специфический фермент ДНК-геликаза (активность зависит от АТФ) встраивается между цепями и разъединяет их.

Вдоль цепи расположены ДНК-раскручивающие белки = ДНК-дестабилизирующие белки = SSB-белки, которые не позволяют цепям ДНК образовать двуцепочную структуру, удерживают их в раскрученном виде, облегчают репликацию.

2.Синтез дочерних цепей.

ДНК-полимеразы:

· Осуществляют синтез в направлении 5’→3’ дочерней цепи

· Не могут начинать синтез, а могут только достраивать.

Следовательно, для синтеза дочерних цепей необходима «затравка» = праймер.

Праймер строится из нуклеотидов, принадлежащих РНК (чтобы отличить его от дочерних цепей). Для этого используется фермент РНК-праймаза.

После этого ДНК-полимераза-δ синтезирует дочернюю цепь быстро и непрерывно, т.к. направление синтеза совпадает с направлением репликации.

Вторая дочерняя цепь синтезируется медленнее и фрагментами (фрагменты Оказаки), т.к. по принципу антипараллельности ДНК-полимераза достраивала бы в направлении 3’→ 5’, чего не может быть. Если бы мы строили в нужном направлении, то синтез дочерних цепей не совпадал бы с общим направлением репликации. Поэтому отстающая цепь синтезируется фрагментами.

Для этого на материнской цепи строится несколько РНК-праймеров (около 200 нуклеотидов).

ДНК-полимераза-ε узнает 3’-конец праймера и достраивает его в нужном 5’→3’ направлении до предыдущего праймера.

Далее ДНК- полимераза-ε двигается в направлении репликации и находит 3’-конец следующего праймера и достраивает его (фрагменты Оказаки).

И так далее.

РНК-аза (эндонуклеаза) вырезает праймеры.

ДНК-полимераза-β достраивает недостающие участки.

Одноцепочечные разрывы соединяют ДНК-лигазы.