Загальні закономірності реплікації

Реплікація тісно пов’язана з поділом клітин (клітинним циклом). В еукаріотичних клітинах реплікація передує їх поділу і відбувається в S-фазі клітинного циклу, коли проходить дезінтеграція гетерохроматину, втрата ним конденсованої суперспіралізованої структури і формування активного розрихленого еухроматину. У прокаріот цей процес триває протягом всієї інтерфази.

Розрізняють кілька видів реплікації:

· вегетативну (під час поділу клітини);

· репаративну (при репарації ушкоджень);

· кон’югативну (при розмноженні бактеріальних клітин).

Суть реплікації у специфічному копіюванні структури та подвоєнні ланцюгів з утворенням комплементарних копій, що забезпечує збереження видоспецифічної генетичної інформації та можливість її передачі наступним поколінням.

Матрицею є обидва взаємнокомплементарні ланцюги ДНК або ланцюг РНК.

Одноланцюгова матриця копіюється, або самоподвоюється, за принципом комплементарності і виконує роль своєрідного „штампу” для відтворення власної первинної структури. Наслідком реплікації є утворення нового покоління молекул, які є точною копією вихідної матричної молекули.

Реплікація здійснюється у напрямі 3^/®5^/.

Для вегетативної реплікації ДНК характерний напівконсервативний механізм, суть якого в тому, що кожне наступне покоління дочірніх молекул, яке отримало інформацію від вихідної (батьківської) молекули ДНК, містить у своєму складі елементи матриці. Тобто, в кожному наступному поколінні молекул один із ланцюгів (батьківський) отриманий від вихідної молекули ДНК, а другий (дочірній) є його комплементарною копією. Перевагою цього механізму є те, що ймовірність помилок при передачі генетичної інформації наступним поколінням нівелюється, оскільки копіювання є в достатній мірі точним процесом.

Ділянка ДНК, яка повністю самовідтворюється у процесі реплікації має назву реплікону. У клітинах прокаріот реплікон є аналогом хромосоми і являє собою монорепліконну систему, а в еукаріотичних клітинах кожна хромосома є полірепліконною системою.

Для перебігу реплікації необхідна наявність:

· матриці – два взаємнокомплементарні ланцюги ДНК, при розходженні яких утворюється дві одноланцюгові матриці.

· 4 видів рибо- і дезоксирибонуклеозид-5^/-трифосфатів (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ та дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дУТФ) ;

· затравного ланцюга РНК-кової структури – праймера (затравки), що зумовлено особливістю функціонування ферменту ДНК-залежної ДНК-полімерази ІІІ;

· білкових факторів, які забезпечують початок реплікації, формування дочірніх ланцюгів ДНК, завершення реплікації та постреплікативну модифікацію і репаративні процеси;

· комплексу ферментів, необхідних для перебігу реплікації: ініціації, елонгації, термінації;

· головним ферментом реплікації є ДНК-залежна ДНК-полімераза;

· йонів Zn²⁺, Мg²⁺, Мn²⁺, які виконують роль кофакторів ряду ферментів, забезпечують іонізацію азотистих основ нуклеотидів та утворюють реакційно здатні хелатні комплекси.

Білкові фактори необхідні для:

· пізнавання сайту початку реплікації (точки ori) відповідними ферментами та зв’язування їх із ДНК;

· утворення реплікативної вилки з вивільненням одноланцюгових матриць;

· стабілізації утвореної структури;

· синтезу затравних ланцюгів на структурі матриці;

· перебігу полімеразної реакції;

· транслокації праймосоми в межах реплікону;

· енергозабезпечення процесу реплікації;

· завершення реплікації;

· поновлення структури матриці.

Вказані процеси забезпечують специфічні ДНК-розкручуючі, ДНК-зв’язуючі та ДНК-дестабілізуючі білки (топоізомерази, свівелази, хелікази, гірази), білки активатори праймази, β-білок, n^/-білок та інші.

Значна кількість білкових факторів задіяна також у завершенні реплікації та наступному поновленні спіралізованої структури ДНК.

Ферментні системи забезпечують:

· початок реплікації (ініціацію);

· синтез праймера на ведучому і запізнюючому ланцюгах;

· перебіг полімеразної реакції – синтез ведучого ланцюга та фрагментів Оказакі на запізнюючому;

· вирізання РНК-ових фрагментів і забудову утворених прогалин;

· формування нативних дочірніх ланцюгів, комплементарних до матриці, завершення реплікації та репарацію можливих помилок реплікації.

Характерною особливістю ферментів реплікації є те, що вони мають олігомерну структуру і володіють кількома видами ферментативної активності.

Білкові фактори і ферменти реплікації входять до складу реплікативного комплексу, який має назву реплісоми, та забезпечує перебіг процесу реплікації на ведучому та запізнюючому ланцюгах.

Склад реплікативних комплексів та їх функції у клітинах про- і еукаріот подібні, хоч існують певні особливості, зумовлені організацією їх генетичних структур.