Репликация ДНК:
Репликация ДНК требует определенного набора ферментов для создания цепи, комплементарной исходной цепи ДНК, в процессе полуконсервативной репликации.
Ферменты, участвующие в процессе репликации ДНК , перечислены ниже в соответствии с их конкретными функциями:
Геликаза отвечает за разрыв водородных связей, присутствующих между азотистыми основаниями, и разделение двухцепочечной спирали ДНК.
Одноцепочечные связывающие белки (SSBP) прикрепляются к отдельным нитям ДНК, предотвращая их перемотку и удерживая нити матрицы на своем месте.
Топоизомераза отвечает за предотвращение сверхспирализации ДНК, прикрепляясь перед репликационной разветвлением.
Праймаза создает РНК-праймер, который комплементарен матричной цепи ДНК и помогает инициировать процесс репликации.
ДНК-полимераза - это основной фермент, который участвует в репликации ДНК, считывая матричную цепь, а затем упорядочивает нуклеотиды с образованием комплементарной цепи.
Лигаза - это фермент, который обеспечивает соединение отстающих цепей вместе с образованием одной непрерывной комплементарной цепи ДНК.
Процесс репликации ДНК:
Чтобы дать вам лучшее представление о процессе, участвующем в репликации ДНК, мы разделили его на три основные части. Каждый из них кратко обсуждается ниже, чтобы дать вам подробное представление о том, как и какие ферменты используются на каждом этапе.
1. Инициация:
Чтобы запустить процесс репликации, ДНК претерпевает некоторые изменения, которые определяют часть "происхождения репликации", такую как наличие специфического секвенирования для прокариот или раскручивание в области нуклеосомы, что позволяет прикрепиться к ней механизму репликации.
Одним из первых ферментов, которые прикрепляются к исходной области репликации, является фермент геликаза. К настоящему времени вы уже должны знать, что геликаза разматывает двухцепочечную спиральную структуру ДНК и разрывает водородные связи между парами азотистых оснований, образуя одноцепочечную ДНК. Итак, чтобы гарантировать, что основания не соединяются повторно, одноцепочечные связывающие белки (SSBP) прикрепляются к отдельным нитям ДНК. Это создает Y-образную структуру в начале репликации, известную как ‘вилка или пузырь репликации’, посредством которой дополнительные ферменты играют свою роль в процессе репликации ДНК.
2. Удлинение:
Комплементарные нити образуются во время фазы удлинения и обусловлены ростом только в направлении от 5’ углерода к 3’ углероду. Чтобы предотвратить повторное скручивание ДНК, топоизомераза связывается с ДНК перед репликационной разветвлением. Это препятствует первичному ферменту ДНК-полимеразе снова связывать нити матрицы сами с собой. Вместо этого теперь он способен добавлять новые нуклеотиды только к открытой матричной цепи в 3’ углеродном положении.
Таким образом, ДНК-полимераза связывается с цепями ДНК-матрицы и создает короткую последовательность полинуклеотидной РНК, которая комплементарна ДНК-матрице и известна как праймер. ДНК-полимераза распознает свободные 3’-углеродные концы этих праймеров и начинает удлинение комплементарной цепи ДНК путем считывания матричной цепи ДНК и добавления нуклеотидов соответственно к 3’-концу комплементарной цепи ДНК.
Поскольку ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды только к 3’-углеродному концу, в процессе удлинения образуются два типа нитей, поскольку нити матрицы антипараллельны по своей природе. Первая - ведущая нить, которая растет в направлении репликационной вилки, поскольку ДНК-полимераза продолжает добавлять к 3’-концу комплементарной нити непрерывным образом, в то время как ДНК-матрица разматывается.
Вторая - это отстающая прядь. Как следует из названия, эта цепочка формируется прерывистым образом, поскольку здесь ДНК-полимераза движется в ‘направлении, противоположном репликационной развилке’. Это создает короткие фрагменты комплементарных нитей ДНК, известные как фрагменты Оказаки, с направлением от 5’ до 3’. Каждый из них содержит свой собственный праймер и, таким образом, прерывается ранее созданным фрагментом Оказаки.
3. Прекращение:
Как только ДНК-полимераза достигает участка, который уже был реплицирован, она останавливается. Это создаёт одну непрерывную ведущую цепь ДНК и другую прерывистую отстающую цепь. Праймеры РНК впоследствии удаляются из фрагментов Оказаки и ведущей цепи. Это создаёт неприсоединённые фрагменты ДНК, называемые никами, в которых отсутствуют части сахарофосфатной основы лесенки. Свободно плавающая ДНК-полимераза распознаёт эти свободные 3'-концы и заполняет эти промежутки комплементарной последовательностью ДНК. Наконец, фермент лигаза распознаёт эти разрывы и соединяет фрагменты Оказаки, образуя непрерывную отстающую и ведущую нити ДНК. Таким образом, из одной родительской нити ДНК образуются две дочерние нити.