Репликация ДНК осуществляется большим комплексом белков, которые действуют согласованно для достижения высокоточной репликации ДНК. Вместе этот комплекс известен как репликативная машина, или реплисома.
Синтез лидирующей и отстающей цепей – процесс с высокой степенью координации. Чтобы объяснить это, Брюсом Альбертсом в 1980 году была предложена “модель тромбона”. Образование петли ДНК начинается, когда на родительской отстающей цепи синтезируется праймер. Петля растет с синтезом фрагмента Оказаки и, наконец, исчезает, когда синтез фрагмента заканчивается. Затем ДНК-полимераза присоединяется к другому праймеру, и весь цикл, от образования петли до исчезновения, повторяется. Реплисома, как репликативная машина, позволяет координировать все операции.
Компоненты реплисомы
Хеликазы раскручивают и разделяют двухцепочечную ДНК Эти ферменты присутствуют в виде одиночного гексамерного кольца у прокариот и в виде двойного гексамерного кольца у эукариот. Эукариотические хеликазы зависят от дополнительных белков, Cdc45 и GINS, для функционирования. Белки, связывающие одноцепочечную ДНК (SSB) предохраняют цепи ДНК от воссоединения. У прокариот SSB состоят из одной субъединицы, тогда как у эукариот они представляют собой гетеротримерный белок, известный как репликативный белок A (RPA).
Праймаза добавляет РНК-праймер, с которого начнется синтез ДНК. У прокариот праймаза присутствует в виде фермента с одной субъединицей, называемого DnaG, который синтезирует праймер РНК длиной около 12 нуклеотидов. У эукариот мультисубъединичный фермент ДНК-полимераза-α, праймаза, синтезирует гибридный РНК-ДНК праймер длиной около 25 нуклеотидов. В дополнение к полимеразе-α, репликативная полимераза будет расширять вновь синтезированную ДНК. В то время как у прокариот присутствует один тип репликативной полимеразы, ДНК-полимераза III, у эукариот присутствуют два разных типа репликативной полимеразы, Pol ε и Pol δ, для синтеза лидирующей цепи и отстающей цепи соответственно.
Белки скользящего зажима удерживают полимеразы прикрепленными к матрице ДНК. β-зажим, гомодимерный белок, действует как зажим у прокариот. У эукариот ту же задачу выполняет ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA), гомотримерный белок. Центральная пора скользящего зажима положительно заряжена, что позволяет ему испытывать электростатические взаимодействия с отрицательно заряженным фосфатным остовом ДНК. Зажим крепится к ДНК с помощью белков-погрузчиков зажима. Эти пентамерные белки относятся к классу АТФаз AAA+. Эукариотический погрузчик зажимов известен как фактор репликации C, в то время как прокариотический погрузчик зажимов E. coli известен как γ-комплекс. Однако белки зажимов и погрузчики зажимов считаются эволюционными гомологами в отличие от многих других компонентов реплисомы.
