Что такое фрагменты Оказаки?

Известно, что две полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК антипараллельны. ДНК-полимераза Шсинтезирует ДНК только в направлении 5’-3’, поэтому синтез в пределах репликационной вилки происходит одновременно в двух направлениях. Матрицей для непрерывного синтеза служит только одна цепь, которую называют ведущей или лидирующей, а на противоположной - отстающей цепи - образуются все новые и новые точки инициации прерывистого синтеза ДНК (рисунок 14).

Доказательства прерывистости синтеза ДНК первые получили Рейджи Оказаки и Тунеко Оказаки с сотрудниками в 1968 году. Они обнаружили, что при репликации ДНК бактериофага у E.coli некоторые последовательности новосинтезированной ДНК, спаренные с матрицей, представляют собой фрагменты длиной 1000-2000 нуклеотидов. В состав каждого такого фрагмента входит РНК-праймер. В процессе синтеза цепей эти фрагменты Оказаки превращаются в более длинные. Фрагменты Оказаки соединяются затем друг с другом с помощью ДНК-лигазы, которая катализирует образование фосфодиэфирной связи между 3’-гидроксильной группой на конце ДНК, подлежащей удлинению, и 5’-фосфатной группой новосинтезиро-ванного фрагмента Оказаки.

Фрагменты Оказаки

Рисунок 14- Фрагменты Оказаки

Какие ферменты кроме полимеразы и лигазы участвуют в репликации ДНК?

Процесс репликации осуществляется сложным ферментным комплексом, который по размерам близок к рибосоме, и называется реплисомой. Две группы белков из них наиболее важные и, скажем так, наиболее употребимы, это - ДНК-полимеразы и ДНК-лигаза. Рассмотрим основные участвующие в репликации группы ферментов (рисунок 15).

Схема синтеза ДНК и участвующих ферментов

Рисунок 15 - Схема синтеза ДНК и участвующих ферментов

ДНК-геликазы - ферменты раскручивающие двуцепочечную спираль ДНК с затратой энергии гидролиза трифосфатов. Образуемая одноцепочечная ДНК участвует в различных процессах, таких как репликация, рекомбинация, и репарация. ДНК-геликазы необходимы для репликации, репарации, рекомбинации и транскрипции. Геликазы присутствуют во всех организмах. У бактерий имеется две геликазы - Rep и DnaB. Продвижение геликаз идет в направлении вместе с репликативной вилкой.

ДНК-топоизомеразы - ферменты, изменяющие степень сверхспиральности и тип сверхспирали. Путём одноцепочечного разрыва они создают шарнир, вокруг которого нереплецированный дуплекс ДНК, находящейся перед вилкой, может свободно вращаться. Это снимает механическое напряжение, возникающее при раскручивании двух цепей в репликативной вилке, что является необходимым условием для её непрерывного движения. Существует два типа топоизомераз. Топоизомеразы типа I уменьшают число сверхвитков в ДНК на единицу за один акт. Эти топоизомеразы надрезают одну из двух цепей, в результате чего фланкирующие дуплексные области могут повернутся вокруг интактной цепи, и затем воссоединяют концы разрезанной цепи. Эта реакция не требует энергии АТФ, т.к. энергия фосфодиэфирной связи сохраняется благодаря тому, что тирозиновый остаток в молекуле фермента выступает то в роли акцептора, то в роли донора фосфорильного конца разрезанной цепи. Кроме того, топоизомеразы (типа II) обеспечивают разделение или образование катенанов - сцепленных кольцевых ДНК (образуются в результате репликации кольцевой ДНК), а также устранение узлов и спутанных клубков из длинной линейной ДНК. Топоизомеразы типа II вносят временные разрывы в обе комплиментарные цепи, пропускают двухцепочечный сегмент той же самой или другой молекулы ДНК через разрыв, а затем соединяют разорванные концы (рисунок 16).

Топоизомеразы убирают суперспирализацию ДНК

Рисунок 16 - Топоизомеразы убирают суперспирализацию ДНК

Праймаза - фермент, обладающий РНК-полимеразной активностью; служит для образования РНК-праймеров, необходимых для инициации синтеза ДНК в точке ori и дальнейшем для синтеза отстающей цепи.

ДНК-полимеразы катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарно-сти с шаблоном, с которого ведётся считывание.

ДНК-лигаза - фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием новой химической связи (лигирование) при репликации, репарации и рекомбинации. Они образуют фосфодиэфирные мостики между 5'-фосфорильной и 3'-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрыва ДНК или между двумя молекулами ДНК. Для образования этих мостиков лигазы используют энергию гидролиза пирофосфорильной связи АТФ.

Однонитевые ДНК-связывающие домены или SSB-белки (от англ, single-strand DNA-binding) электростатически связываются с однонитчатой ДНК, выпрямляют ее и блокируют образование шпилечных двухнитчатых структур (рисунок 17). SSB-белки обнаружены в 1968 г. Они снижают температуру плавления ДНК in vitro на 20-40°С. Белки не связываются с двуцепочечной ДНК, не имеющей расплавленных участков. При этом также проявляется сродство SSB-белков друг к другу. Они покрывают ДНК сплошным слоем. Участие SSB-белков в репликации абсолютно необходимо. Они удерживают матричные цепи ДНК в репликативной вилке в одноцепочечном состоянии, а также защищают одноцепочечную ДНК от действия нук-

леаз.

ДНК-полимераза

DNA polymerase

  • 5'
  • 3'

структуры

SSB-мономеры

SSB monomers

S'. 3'-

Рисунок 17-Участие в репликации белков, связывающих одноцепочечную

ДНК

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >