Элонгация - Молекулярный механизм репликации ДНК

Репликация ДНК осуществляется ДНК-зависимыми ДНК-полимеразами. Данный фермент обладает некоторыми свойствами:

    1. Фермент не может начинать синтез. Он не умеет присоединяться к одноцепочечному участку, он может сесто только на двойную цепь. Поэтому синтез начинает фермент РНК-полимераза, который синтезирует небольшой фрагмент РНК, что дает возможность сесть ДНК-полимеразе. 2. Фермент осуществляет синтез только в одном направлении, причем от 5' к 3' концу, т. е. фермент всегда наращивает 3' конец копии. Нет ферментов, способных наращивать 5' конец. 3. Субстратом для работы фермента является энергия нуклеотидтрифосфатов (АТФ, ГТФ)

В синтезе эукариотических ДНК принимают участие 5 ДНК-полимераз (б, в, г, д, е). ДНК-полимеразы различают по числу субъединиц, молекулярной массе, ассоциации с разными вспомогательными белками, ускоряющими процесс биосинтеза ДНК, и функциональному назначению. ДНК-полимеразы б (альфа), в (бета), д (дельта), е (эпсилон) участвуют в синтезе ДНК в ядре клеток, ДНК-полимераза г (гамма) - в репликации митохондриальной ДНК.

ДНК-полимеразы в, д, е не могут инициировать образование дочерних цепей, так как не имеют сродства к одиночной нити ДНК. Инициирует репликацию ДНК-полимераза б, которая комплементарна определенному сайту одноцепо-чечной ДНК. Присоединяясь к нему, ДНК-полимераза а синтезирует небольшой фрагмент РНК - праймер, состоящий из 8-10 рибонуклеотидов. ДНК-полимераза а состоит из четырех субъединиц. Каждая из субъединиц фермента выполняет определенную функцию: "узнавание" сайта репликации, синтез праймера (8-10 рибонуклеотидов), синтез фрагмента цепи ДНК, около 50 дезоксирибонуклеотидов. Таким образом, ДНК-полимераза б синтезирует олигонуклеотид, содержащий примерно 60 нуклеотидных остатков; первые 8-10 представлены рибонуклеотидами (праймер), а остальные - дезоксирибонуклеотидами.

ДНК-полимераза д последовательно наращивает цепь, шаг за шагом присоединяя к ней соответствующие дезоксинуклеотиды. Выбор ДНК-полимеразой д очередного нуклеотида определяется матрицей. Включение дезоксирибонуклеозидмонофосфатов в растущую цепь ДНК сопровождается гидролизом макроэргических связей соответствующих нуклеозидтрифосфатов и отщеплением пирофосфата (Н4Р2О7). Энергия макроэргических связей расходуется на образование 3',5'-фосфодиэфирной связи между последним нуклеотидом растущей цепи ДНК и присоединяемым нуклеотидом. Включение нуклеотида в синтезируемую цепь ДНК невозможно без предварительного связывания азотистого основания водородными связями с комплементарным нуклеотидом матричной цепи. ДНК-полимеразы (б, в, г, д, е) могут синтезировать нуклеотидную цепь только в направлении 5'>3', матричная цепь всегда считывается в направлении 3'>5'.

В каждой репликативной вилке идет одновременно синтез двух новых (дочерних) цепей. Направление синтеза цепи ДНК совпадает с направлением движения репликативной вилки лишь для одной из вновь синтезируемых цепей (лидирующая цепь). На второй матричной цепи синтез дочерней ДНК осуществляется двумя ферментами: ДНК-полимеразой б и ДНК-полимеразой е в направлении 5'>3', но против движения репликативной вилки.

Поэтому вторая цепь синтезируется прерывисто, короткими фрагментами, которые называют "фрагменты Оказаки" (по имени открывшего их исследователя). Дочерняя цепь ДНК, синтез которой происходит фрагментами, называют отстающей цепью. Каждый фрагмент Оказаки, примерно 100 нуклеотидных остатков, содержит праймер. Праймеры удаляет ДНК-полимераза в, постепенно отщепляя с 3'-конца фрагмента по одному рибонуклеотиду. К ОН-группе на 3'-конце предыдущего фрагмента ДНК-полимераза в присоединяет дезоксирибонуклеотиды в количестве, равном вырезанному праймеру и таким образом заполняет брешь, возникающую при удалении рибонуклеотидов.

Фермент ДНК-лигаза катализирует образование фосфодиэфирной связи между 3'-ОН-группой дезоксирибозы одного фрагмента цепи ДНК и 5'-фосфатом следующего фрагмента. Реакция протекает с затратой энергии АТФ. Таким образом, из множества фрагментов Оказаки образуется непрерывная цепь ДНК.

Похожие статьи




Элонгация - Молекулярный механизм репликации ДНК

Предыдущая | Следующая