Основные ферменты репликации.

Репликация является ферментативным процессом, а не спонтанным как сначала предполагали Уотсон и Крик. В ре­пликации участвуют следующие основные группы ферментов.

ДНК-полимеразы

. Ферменты, которые узнают нуклеотид материнской цепи, связывают комплиментарный нук­леозидтрифосфат и присоединяют его к 3¢-концу растущей цепи 5¢-концом. В результате образу­ется 5¢-3¢-диэфирная связь, высвобождается пирофосфат и растущая цепь удлиняется на один нуклеотид. Та­ким об­разом, ДНК-поли­мераза движется от 3¢- к 5¢-концу молекулы материнской ДНК, синтезируя новую цепь. ДНК-полимеразе для ра­боты нужен праймер (т.е. 3¢-ОН группа для присоединения нового нуклеотида) и матрица, детерминирующая при­соединение нужного нуклеотида. ДНК-полимеразы помимо полимеразной активности, имеют экзонуклеазную активность, они способны к гидролизу фосфодиэфирных связей в одной цепи ДНК или на не спаренном конце ду­плексной ДНК. За один акт удаляется один нуклеотид, начиная с 3¢-конца цепи (3¢-5¢-экзонуклеаза) или с 5¢-конца цепи дуплексной ДНК (5¢-3¢-экзонуклеаза). Эти различные ак­тивности присущи разным сайтам полипептидной цепи ДНК-полимераз. 3¢-5¢-экзонуклеазная активность обеспечивает контроль за присоединением каждого нуклео­тида и удаление ошибочных нуклеотидов с расту­щего конца цепи. Все ДНК-полимеразы способы осуществлять данный тип реакции. Многие(но не все) ДНК-полимеразы обладают также 5¢-3¢-экзонуклеазной активностью. При сочетании 5¢-3¢-экзонуклеазной и поли­меразной актив­ностей происходит последовательное отщепление нуклеоти­дов с 5¢-конца одноцепочечного разрыва в дуп­лексе и удлинение цепи с 3¢-конца. В результате место разрыва пе­ремещается по цепи в направ­лении от 5¢- к 3¢- концу(так называемая ник-трансляция).

ДНК-лигазы

--ферменты, осуществляющие соединение цепей ДНК, т.е. катализирующие образование фосфоди­эфирных связей между 5¢-фосфорильной и 3¢-гидроксильной группами соседних нуклеотидов в местах разрывов ДНК. Для образования новых фосфодиэфирных связей требуется энергия в форме АТФ либо НАД.

ДНК-геликазы

(ДНК-хеликазы)—ферменты, осуществляющие расплетание двойной спирали ДНК. Для разделения цепей ис­пользуется энергия АТФ. Геликазы часто функционируют в со­ставе комплекса, осуществляющего перемещение репликативной вилки и репликацию расплетённых цепей. Для расплетания дос­та­точно одного геликазного белка, но для того. Чтобы максимизи­ровать скорость раскручивания. Несколько геликаз могут дейст­вовать совместно.

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. 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. 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.

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. В резуль­тате за один акт снимаются два по­ложительных или от­рицательных сверхвитка. Топои­зомеразы типа II тоже ис­пользуют тирозиновые ос­татки для связывания 5¢-конца каждой разорванной цепи в то время . когда другой дуп­лекс проходит че­рез место разрыва.

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.