Репликация ДНК

Репликация — это синтез ДНК на ДНК как на матрице, поэтому дочерние клетки, образующиеся в процессе митоза, имеют такое же количество ДНК, какое имеет материнская клетка. Этот процесс хорошо изучен у прокариот, например у бактерии Escherichia coli. У эукариот, в частности у высших растений, репликация изучена менее. Несмотря на определенные различия в механизмах репликации у про- и эукариот, основные принципы протекания этого процесса у высших и низших организмов являются общими. Это позволяет нам рассматривать процесс репликации у прокариот, отмечая особенности синтеза ДНК у эукариот.

Новая цепь ДНК образуется из дезоксирибонуклеозидтрифосфатов. Синтез новой, дочерней, цепи ДНК происходит на одной из цепей материнской ДНК как на матрице, поэтому последовательность оснований в цепи-матрице определяет последовательность оснований в новой цени: против аденина в цепи-матрице всегда пристраивается в дочернюю цепь тимин, а против гуанина — цитозин, и наоборот (рис. 2.7). В результате новая цепь ДНК является копией старой, поэтому синтез ДНК и называется репликацией, т.е. копированием, или снятием реплики (от фр. replique — ответ). Комплементарное спаривание оснований лежит в основе механизмов наследственности.

Модель репликации ДНК, предложенная Уотсоном и Криком

Рис. 2.7. Модель репликации ДНК, предложенная Уотсоном и Криком:

комплементарные цепи родительской ДНК разделяются, и каждая из них служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи

Репликация состоит из нескольких последовательных этапов:

  • 1) узнавание точки начала репликации;
  • 2) расхождение цепей родительской ДНК;
  • 3) инициация (начало) синтеза новых дочерних цепей;
  • 4) элонгация (удлинение) дочерних цепей;
  • 5) терминация (окончание) репликации.

ДНК-полимеразы — ключевые ферменты синтеза ДНК

Синтез ДНК как у прокариот, так и у эукариот осуществляется при участии множества разных ферментов, основными среди них являются ДНК-полимеразы. Первый из этих ферментов был выделен А. Корнбергом в 1956 г. из Е. соН. Основываясь на гомологии аминокислотных последовательностей, все ДНК-полимеразы разделены на семь семейств: А, В, С, D, X, Y и RT. Эти семейства могут включать как эукариотические, гак и прокариотические ДНК-полимеразы, которые обладают или репликативной, или репликативной и репарирующей активностями.

Прокариоты содержат пять ДНК-полимераз (I, II, III, IV и V). ДНК- полимеразы I (А-семейство) и III (С-семейство) удлиняют цепь ДНК, присоединяя последующий дезоксирибонуклеозидтрифосфат к ОН-группе на З'-концс предыдущего нуклеотида растущей цепи. Присоединение каждого нуклеотида сопровождается гидролизом макроэргической связи между первым и вторым фосфатными остатками в дезоксииуклеозидтри- фосфате и образованием пирофосфата (ФФМ). Освобождаемая энергия используется для образования связи между нуклеотидами. Так как считывание информации происходит от З'-конца одной цепи к ее 5'-концу, то новая цепь растет в направлении 5' —> 3' и антипараллельна цепи- матрице. В клетках Е. coli за элонгацию обеих цепей ДНК отвечает димерная форма ДНК-полимеразы III. Необходимым условием функционирования ДНК-полимераз является наличие матрицы и затравки, без которых они не могут начать репликацию. ДНК-полимераза III проявляет 3'-5'-экзону- клеазную активность, что повышает точность репликации.

ДНК-полимераза обладает тремя ферментативными активностями. Кроме полимеразной, она имеет 3'-5'- и 5'-3’-экзонуклеазные активности, т.е. может отщеплять нуклеотиды с любого конца цепи ДНК. Это важно для исправления ошибок, иногда возникающих при репликации. ДНК- полимераза I также удаляет праймеры и вовлекается в процессинг фрагментов Оказаки, генерируемых во время синтеза отстающей цепи (см. далее). ДНК-полимераза II относится к В-семейству ДНК-полимераз и отвечает за репарацию ДНК. Во время 505-ответа, который возникает при повреждении ДНК, число копий ДНК-полимеразы II возрастает в 5—10 раз и составляет 200—300 молекул на клетку. ДНК-полимеразы IV и V принадлежат к F-семейству полимераз, вовлекаются в 505-ответ и снижают скорость мутагенеза, вызываемого ДНК-повреждающими агентами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >