Cхема работы механизма репликации днк

В зоне расплетения материнской ДНК на ее цепи, идущей в направлении 5'>3', с помощью фермента праймазы синтезируется короткий ( около десятка нуклеотидных остатков ) рибонуклеотидный праймер. К 3' концу этого праймера присоединяется ДНКполимераза и синтезирует в качестве его продолжения фрагмент дочерней цепи ДНК, двигаясь при этом по материнской цепи в направлении, обратном направлению движения репликационной вилки. Размер синтезируемого фрагмента дочерней цепи ДНК составляет около 200 нуклеотидных остатков; вполне вероятно, что синтез фрагмента идет в пределах одной полной нуклеосомы. Затем на этой цепи материнской ДНК опять же в районе репликационной вилки с помощью праймазы синтезируется новый праймер, на котором ДНКполимеразой синтезируется очередной фрагмент дочерней цепи ДНК.

Таким образом, дочерняя цепь ДНК, синтезируемая на материнской цепи ДНК, идущей в направлении 3'>5' по ходу движения репликационной вилки, синтезируется несколько раньше и в виде непрерывной цепи. Тогда как синтез дочерней цепи на материнской цепи ДНК, идущей в направлении 5'>3'по ходу движения репликационной вилки, несколько запаздывает во времени и идет в виде фрагментов Оказаки, каждый из которых имеет длину порядка 200 дезоксирибонуклеотидных остатков. Дочерняя цепь ДНК, синтезируемая первой, получила название «ведущей», а цепь, синтезируемая несколько позднее и в виде фрагментов Оказаки носит название «отстающей» цепи.

К настоящему времени установлено, что на «отстающей» цепи в районе репликационной вилки работает надмолекулярный комплекс, состоящий из хеликазы и праймазы так называемая «праймосома» , с которым связана и ДНКполимераза, работающая на этой цепи. На ведущей цепи работает еще одна молекула ДНКполимеразы, и ,возможно, молекула хеликазы, способная двигаться по этой материнской цепи. Кроме того, в районе репликационной вилки функционируют SSBбелки, стабилизирующие одноцепочечные участки расплетенной молекулы материнской ДНК. Все перечисленные белки входят в надмолекулярную структуру, которую мы и называем репликазным комплексом.

Первоначально синтезированная отстающая цепь ДНК состоит из фрагментов, кроме того в ее состав входят олигорибонуклеотиды праймеры. Уже в ходе репликации праймеры удаляются с помощью специальной РНКазы. Возникающие свободные промежутки на дочерней цепи ДНК застраиваются дезоксирибонуклеотидами с участием фермента bДНКполимеразы, а затем соседние остатки дезоксирибонуклеотидов соединяются с участием фермента ДНКлигазы:

Вновь синтезированные молекулы ДНК подвергаются в клетках ряду преобразований, получивших название «процессинг» ДНК. В ходе процессинга происходит, например, превращение части главных дезоксирибонуклеотидных остатков в минорные, причем эта «миноризация» происходит уже в ходе процесса синтеза ДНК на уже реплицированных ее участках. Кроме того, в ходе процессинга идет формирование третичной структуры новообразованной ДНК, для чего необходимо дополнительное количество ядерных белков.

В Sфазе клеточного цикла происходит интенсивный синтез гистонов, поскольку для структурной организации нового хроматина требуется большое количество этих белков, не уступающее по своей общей массе количеству вновь синтезированной ДНК. В клетках позвоночных содержится около 20 генных блоков, каждый из которых содержит все 5 гистоновых генов. Активация транскрипции этих генных блоков приводит к быстрому увеличению количества гистоновой мРНК в клетке и увеличению скорости синтеза гистонов. В то же время не происходит и гиперпродукции гистонов. Повидимому, это объясняется двумя обстоятельствами: вопервых, гистоновые мРНК нестабильны и быстро разрушаются, причиной чего является своеобразная структура их 3'конца, на котором отсутствует полиаденилатный блок, вовторых, работает механизм обратной связи, контролирующий соответствие количества гистонов в клетке количеству синтезируемой в ней ДНК. Новые гистоны присоединяются к ДНК через несколько минут после ее репликации, но для полного формирования хроматина требуется примерно 1 час, причем в это время происходит химическая модификация гистонов. Вновь сформированные нуклеосомы, как и нуклеосомы материнской ДНК, распределяются случайным образом между двумя дочерними молекулами ДНК.

Точность работы ДНКполимеразы не абсолютна, частота ошибочно включенных во вновь синтезируемую цепь ДНК «неправильных» дезоксирибонуклеотидов составляет 1х104 1х105 . В то же время точность репликации ДНК столь велика, что частота ошибок не превышает 1х109. Эта высочайшая точность воспроизведения генетической информации обусловлена наличием в клетках специальных механизмов коррекции ошибок. Вновь синтезированная молекула ДНК сканируется, а ошибки репликации, возникающие изза не 100% надежности работы ДНКполимеразы, устраняются. Однако механизм или механизмы коррекции ошибок в клетках эукариот изучены пока недостаточно.