Хеликаза – раскручивает двойную спираль ДНК в репликационной вилке.
РНК-полимераза (праймаза) катализирует синтез олигорибонуклеотида (от 10 до 60 нуклеотидов), т. е. праймера, с которого начинается синтез ДНК.
Праймасома - комплекс, включающий около 20 полипептидов. Участвует в формировании специфической вторичной структуры ДНК, подходящей для узнавания праймазой.
ДНК-полимераза I катализирует отщепление праймера, удаление ошибочно присоединенных нуклеотидных остатков и заполнение образующихся пробелов (ДНК-полимеразная активность).
ДНК-полимераза II достраиваете поврежденные участки в молекуле ДНК, т. е. осуществляет репарациюДНК.
ДНК-полимераза III катализирует синтез ведущей (лидирующей) и отстающей цепей ДНК при репликации.
ДНК-лигаза соединяет две цепи ДНК или замыкает два конца одной цепи в процессе репликации либо репарации.
Топоизомеразы создают или уничтожают суперспирализацию путем сшивания образующихся разрывов или разрезания ДНК.
ДНК-полимеразы эукариот – α, β, γ, d, ε.
В репликации ДНК участвуют два главных типа полимераз - α и d. ДНК-полимераза d катализирует синтез ведущей цепи ДНК, а ДНК-полимераза-α - отстающей цепи ДНК, являясь составной частью праймасомы. Ни одна из ДНК-полимераз эукариот, в отличие от прокариот, не обладает нуклеазной активностью.
ДНК-полимераза ε в ряде случаев заменяет ДНК-полимеразу d.
ДНК-лигаза устраняет разрывы в одной из цепей ДНК, замыкает линейную молекулы ДНК в кольцевую структуру.
Белковые факторы, необходимые для биосинтеза ДНК:
ДНК-связывающий белок.Ослабляет взаимодействие цепей в молекуле ДНК. Активирует ДНК-полимеразы II и III.
ДНК-раскручивающий белокобладает нуклеазной активностью. Разрывает связь одной из цепей ДНК, что обеспечивает раскручивание ее молекулы.
ДНК-закручивающий белок вызывает суперспирализацию ДНК.
Всего в репликации ДНК участвует более 40 ферментов и белковых факторов, объединенных в единую ДНК-репликазную систему,называемую реплисомой.
Этапы биосинтеза ДНК:
Инициация. К одноцепочечному фрагменту ДНК в момент распаривания биспиральной структуры присоединяются ДНК-связывающий белок, ДНК-раскручивающий белок, ДНК-полимеразный комплекс, праймаза и праймосома.Формируется репликативная вилка(рис. 2).
На материнской цепи ДНК при участии праймазысоздается затравочный олигонуклеотид – праймер.Затем при посредстве ДНК-полимеразы III на материнской цепи ДНК синтезируется дочерняя цепь.
Элонгация.Процесс полимеризации идет только в направлении 5' ® 3'.Обе цепи реплицируются одновременно. Их синтез идет в противоположных направлениях. Синтез ведущей цепи ДНК осуществляется непрерывно.
Отстающая цепь образуется в направлении, обратном движению репликативной вилки. Синтез происходит фрагментарно. Эти фрагменты получили название фрагментов Оказаки (в честь японского биохимика, впервые предложившего схему биосинтеза ДНК, в которой были преодолены трудности, связанные с антипараллельностью цепей ДНК в ее биспиральной молекуле. Длина фрагментов Оказаки – 150-200 тысяч нуклеотидов у эукариот и 1000-2000 – у бактерий). Элонгация завершается отделением праймеров и замещением свободных мест комплементарными дезоксирибонуклеотидами под действием ДНК-полимеразы I. Отдельные фрагменты ДНК объединяются при помощи ДНК-лигаз.
Репликация начинается в участках ДНК, имеющих определенную нуклеотидную последовательность и называемых ориджинами. Ориджины расположены примерно через 100 000 нм. Участок ДНК между соседними ориджинами называют репликоном.Каждый репликон реплицируется двумя репликативными комплексами, движущимися навстречу друг другу. Один репликон реплицируется за 2 ч. И столько же времени потребуется для репликации молекулы ДНК любой длины. Фактически репликация генома человека in vivo продолжается 6-8 ч. Если бы молекула ДНК реплицировалась одним репликативным комплексом, то потребовалось бы 10 дней. Точность репликацииДНК – одна ошибка на 1010 реакций. Допущенная ошибка может быть исправлена в ходе репарационных процессов.
Терминация.Прекращение репликации ДНК программируется особой нуклеотидной последовательностью.
