Биологическая химия

Патогенез, лечение и профилактика заболеваний

Репликация ДНК in vivo

В живой клетке репликация ДНК представляет собой весьма сложный процесс. В частности, в нем участвует несколько ДНК-полимераз, заметно различающихся по свойствам и функциям. Кроме ДНК-полимераз в нем участвует еще около двух десятков белков. Репликация начинается в участках ДНК, имеющих определенную нуклеотидную последовательность и называемых ориджинами (англ. origin — начало). Этот участок узнают и присоединяются к нему ДНК-топоизомераза и ДНК-хеликаза.

Репликация ДНК in vivo
Репликация ДНК.

ДНК-топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК (гидролизует одну 3',5'-фосфодиэфирную связь), и тем самым делает возможным раскручивание двойной спирали. Это временные разрывы, чуть позднее они ликвидируются: та же ДНК-топоизомераза восстанавливает 3',5'-фосфодиэфирную связь в месте разрыва. Для раскручивания, кроме образования разрывов, еще необходимо разделить цепи, т. е. разорвать водородные связи между комплементарными нуклеотидами. Это делает ДНК-хеликаза. Разделение цепей — процесс не самопроизвольный, на разделение каждой пары нуклеотидов расходуется одна молекула АТФ. Обратный процесс — соединение цепей — происходит самопроизвольно, но во время репликации он заторможен специальными белками SSB (англ. single strand binding— соединяющиеся с одинарными цепями).ДНК-топоизомераза ликвидирует разрывы цепей еще до того, как произойдет их разделение с участием ДНК-хеликазы и SSB.
Область, где двухцепочечная ДНК граничит с одноцепочечной, называют репликативной вилкой. Репликативная вилка и белки, участвующие в репликации, образуют репликативный комплекс.
На каждой из одноцепочечных цепей репликативной вилки происходит синтез новых цепей, но не одинаково. Различия связаны с тем, что матричные цепи расположены антипараллельно, а синтез новых цепей возможен только с их З'-конца. Рассмотрим сначала синтез той цепи, которую называют лидирующей (см. рис. 4.5). Прежде всего, в месте расхождения цепей образуется затравка (прай-мер), которая представляет собой короткий (около 10 нуклеотидов) полирибонук-леотид (РНК, не полидезоксирибонуклеотид), комплементарный матричной цепи. Синтез затравки осуществляет фермент праймаза (ДНК-полимераза а). Затем З'-конец затравки начинает расти уже за счет присоединения дезоксирибонуклео-тидных остатков при участии ДНК-полимеразы 5. Удлинение ведущей цепи происходит непрерывно по мере перемещения репликативного комплекса вдоль матричной цепи ДНК.
Другая растущая цепь (отстающая) образуется прерывисто. В этом случае З'-конец матричной цепи ориентирован не в сторону движения репликативной вилки, а в противоположную сторону. Поэтому синтез затравки и последующее наращивание ее З'-конца ДНК-полимеразой е (другая ДНК-полимераза, не та, которая действует в лидирующей цепи) начинаются не в точке расхождения цепей, а тогда, когда освободится участок матрицы длиной около 200 нуклеотидов. При этом образуются короткие цепи ДНК, содержащие праймер. По имени первооткрывателя их называют фрагментами Оказаки. Затем при участии ДНК-по-лимеразы (3 (еще одна ДНК-полимераза!) удаляется РНК-праймер, и на его месте образуется дезоксирибонуклеотидная последовательность. В результате получаются фрагменты цепи длиной около 200 нуклеотидов (у эукариот), не соединенные между собой. Соединение этих фрагментов 3',5'-фосфодиэфирной связью осуществляет еще один фермент репликативного комплекса — ДНК-лигаза.