Репликация линейных геномов: особенности

Репликация ДНК: введение

Во время репликации каждая из цепей родительской ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. ДНК-зависимые ДНК-полимеразы осуществляют сополимеризацию низкомолекулярных предшественников ДНК - дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (dATP, dGTP, dСTP и dTTP). Положение каждого последующего нуклеотида в строящейся цепи ДНК по правилам комплементарности однозначно определяется положением соответствующего нуклеотида матрицы.

При полимеризации дезоксирибонуклеозидтрифосфатов происходит освобождение молекул пирофосфата, который затем расщепляется неорганической пирофосфатазой, что делает реакцию полимеризации практически необратимой. Полимеризация нуклеотидов происходит только в одном направлении: от 5'-конца к 3'-концу строящейся цепи, и синтезированная молекула ДНК антипараллельна по отношению к ДНК-матрице. Репликация ДНК осуществляется по полуконсервативному механизму, т.е. одна из цепей дочерних молекул ДНК является частью родительской молекулы ДНК, а другая является вновь синтезированной.

Репликация ДНК бактерий: этапы

Как и в случае биосинтеза других макромолекул клетки, процесс репликации условно разделяют на три основных этапа: инициацию, элонгацию и терминацию. Чтобы молекулы ДНК-полимераз могли начать синтез ДНК, им необходима затравка (праймер) - короткий олигодезоксирибонуклеотид или олигорибонуклеотид, комплементарный соответствующему участку ДНК-матрицы, у которого на конце имеется свободная 3'-ОН-группа. Неспособность молекул ДНК-полимераз самостоятельно без затравки начинать синтез ДНК принципиально отличает эти ферменты от других ферментов матричного синтеза - РНК-полимераз.

Репликация линейных геномов: особенности

Кольцевые замкнутые геномы характерны для многих бактерий, их плазмид и некоторых вирусов. У большинства других организмов геном представлен линейными молекулами ДНК в составе одной или нескольких хромосом. Существует так называемая проблема отстающей цепи ДНК. Синтез отстающей цепи ДНК происходит в виде коротких фрагментов Оказаки, для инициации синтеза которых требуются РНК- затравки (рис. I.49 - https://humbio.ru/humbio/genexp/001ae9ec.htm). После удаления затравки на конце одной из вновь синтезированных молекул ДНК образуется одноцепочечная брешь, которая не может быть заполнена ДНК-полимеразой, поскольку она не функционирует в отсутствие праймера. Вследствие этого в каждом раунде репликации должно было бы происходить укорачивание хромосом с обоих концов, что приводило бы к потере генетической информации, закодированной в концевых фрагментах ДНК.

Кроме того, большие размеры молекул ДНК, заключенных в индивидуальные хромосомы, требуют специальной организации их реплицирующего аппарата.