Фермент, катализирующий синтез ДНК — ДНК-зависимая ДНК-полимераза

ДНК-зависимые ДНК-полимеразы — это ферменты, осуществляющий репликацию ДНК (удвоение молекул ДНК). ДНК-полимеразы считывают информацию с цепи ДНК и достраивают вторую цепочку нуклеотидов, комплементарных данной, присоединяя к строящейся цепи нуклеотид, комплементарный нуклеотиду матричной цепи. Продукты этой реакции — удлиненная цепь ДНК и пирофосфат. Работа ДНК-полимеразы имеет свои особенности:

ДНК-полимераза может двигаться только в одну сторону — от 5' к 3'-концу, вследствие чего образуются лидирующая и отстающая цепи. ДНК-полимеразе требуется затравка в виде короткого фрагмента РНК (она не может начать синтез цепи нуклеотидов «с нуля», а способна только добавлять нуклеотиды к цепи). Затравку создает фермент праймаза. ДНК-полимераза может двигаться только по цепи раскрученной спирали ДНК. Цепи ДНК раскручивает белок геликаза. В клетке может присутствовать до 4-5 разных типов ДНК-полимераз. У разных групп эукариот и прокариот встречаются альфа-, бета-, дельта-, гамма-, эпсилон-, дзета-, эта- ДНК-полимеразы. Различные ДНК-полимеразы могут выполнять разные функции. У эукариот непосредственно в репликации ДНК участвуют альфа-, дельта- и эпсилон- ДНК-полимеразы. Каждый тип репликационных ДНК-полимераз имеет свою вероятность ошибки при репликации. У эукариот вероятность вставки некомплементарного азотистого основания ДНК-полимеразой альфа равна 1/106, а ДНК-полимеразой эпсилон равна 1/107. Пострепликационные системы репарации снижают вероятность ошибок репликации ещё на порядок. Одна из самых важных вторичных функций ДНК-полимераз — эксцизионная репарация ДНК (замена некомплементарного основания на комплементарное). Присоединив очередной нуклеотид, ДНК-полимераза как бы «оборачивается назад» и проверяет, образовал ли он правильные водородные связи с нуклеотидом матричной цепи. Если нет — нуклеотид удаляется. За счет этого вероятность вставки некомплементарного нуклеотида снижается до 1/107−1/108. Например, бета ДНК-полимераза может удалять основание с помощью специфической N-гликозилазы, а ресинтез азотистого основания может производить только в мононуклеотидных брешах [58]; ДНК-полимеразы дельта и эпсилон, вероятно, не могут производить удаление основания, но зато могут производить ресинтез на более протяженных участках. Однако не все типы ДНК-полимераз способны к репарации. ДНК-полимеразы интенсивно исследуются учеными; возможно, будут открыты их новые функции.В удвоении ДНК участвуют и другие ферменты

Схематическое изображение процесса репликации, цифрами отмечены:

(1) запаздывающая нить,

(2) лидирующая нить,

(3) ДНК полимераза (Polα),

(4) ДНК лигаза,

(5) РНК праймер,

(6) ДНК праймаза,

(7) фрагмент Оказаки,

(8) ДНК полимераза (Polδ),

(9) хеликаза,

(10) одиночная нить со связанными белками,

(11) топоизомераза

Реплика́ция ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. Репликацию ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза (репликация у эукариот осуществляется несколькими разными ДНК-полимеразами).

ДНК-полимераза — фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и использует в качестве шаблона.

Кроме ДНК-полимераз в процессе редупликации участвуют другие ферменты:

1) Хеликазы перемещаются по сахаро-фосфатному остову нуклеиновых кислот и разрывают водородные связи между комплементарно соединенными основаниями (rep-белок).

2) ДНК-праймаза синтезирует короткий фрагмент РНК, называемый праймером, комплементарный одноцепочечной матрице ДНК.

3) ДНК-лигаза сшивает фрагменты ДНК «отстающей» цепи, образующиеся при репликации.

4) Топоизомераза оборачивается вокруг ДНК и вносит разрыв, который позволяет спирали ДНК вращаться и снимает напряжение. После релаксации, топоизомераза соединяет разорванные концы.

5) ДНК-связывающие белки, которые расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии, тем самым не давая восстановиться водородным связям, и вращают молекулу ДНК. Геликазы расплетают двойную спираль.