Репликация, ДНК-полимераза II.

ДНК-полимераза II работает с лидирующей ветвью молекулы, а ДНК-полимераза I достраивает запаздывающую ветвь.

Википедия повествует:

“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. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, c которого ведется считывание”.

Небольшая фраза, а емкая. Видите, что делает этот чудный фермент: катализирует, “читает”, использует, определяет и считывает. В этих явлениях я бы выделил два таких состояния: результат и процесс достижения этого результата. С результатами все более-менее понятно, а вот с процессом получения этих результатов несколько сложнее.

Катализ. Результатом катализа есть соединение или разъединение определенных элементов. Это всеми признанная позиция. Известно немного и о пути получения этого результата: катализатор каким-то образом уменьшает или увеличивает энергию связи между элементами.

Чтение. Результатом “чтения” должен быть определен тип основания на ветви ДНК, к которому надлежит присоединить соответствующее комплементарное основание. А вот путь получения этого результата неизвестен никому, в том числе и читающим лекции по молекулярной биологии. Этот путь нельзя понять на молекулярно-атомарном уровне.               

Использование. Это явление коррелирует с остальными явлениями. Результатом использования есть анализ определенного при “чтении” типа основания, как шаблона, и определении для него комплементарного основания. Как происходит данный процесс использования в реальном мире тоже нельзя понять на молекулярном уровне. Правда, все это хорошо видится в виртуальном мире информатики. Например, у Юрия Калашникова есть адреса, где хранится информация о прочтенном основании, есть адрес о комплементарном основании, есть узел, где эти основания можно сравнить и даже есть узел, который сделает определенные выводы из этого сравнения. Жаль только, что все это только, и только, в голове нескольких человек.

Определение. Результатом определения есть указание на комплементарное основание тому, которое было прочтено. Как указывается на это основание и чем, современная наука умалчивает. Нет у нее языка, на котором она могла бы это раскрыть.

Считывание. Результатом считывания есть передача образа  основания, полученного в результате “чтения” для дальнейшего использования.

Как же осуществляются эти процессы согласно понятиям молекулярной биологии?

Особый упор при описании полимераз делается на то, что ни какая полимераза не может начать синтез новой ветви ДНК без некоторой затравки (праймера) и что синтез новой ветви должен обязательно вестись со стороны 3ʹ. Почему так и откуда все это появилось, мне узнать не удается. Почему праймаза может присоединить нуклеотид РНК к ветви ДНК, а полимеразе это категорически запрещено, даже если это комплементарный нуклеотид? 

Обычно работа полимеразы описывается достаточно скромно:

“Репликация происходит путем непрерывного роста нуклеотид за нуклеотидом обеих цепей одновременно. Матрица считывается ДНК-полимеразой только в направлении 3ʹ-5ʹ, добавляя свободные нуклеотиды к 3ʹ-концу собираемой цепочки. Поэтому синтез ДНКпроисходит непрерывно только на одной из матричных цепей, называемой “лидирующей”. Во второй цепи (“отстающей”) синтез происходит короткими фрагментами”.

Фрагмент полимеразы выглядит графически примерно так.

Это трехмерная структура ДНК-связывающих спирально-шпилечных участков в человеческой бета-ДНК-полимеразе (полимераза II). Вот этот конгломерат белков, возможно, фрагментов РНК, ДНК или других соединений, “читает” встречающиеся на его пути основание, использует его образ для сравнения с другими основаниями, определяет, какое из них является комплементарным, и затем ферментируем реакцию между этими основаниями. Дальше полимераза должна каким-то образом продвинуться на один нуклеотид и повторить цикл. Действительно для академика это простой алгоритм.

Ребенка надо долго обучать грамоте или цветам, чтобы он мог отличить аденин от тимина, потом еще дольше учить, чтобы по аденину он мог найти тимин (это даже студентам не сразу запоминается). Если полимераза определяет основания по форме (или какому-то другому признаку), то она должна иметь в себе эту форму, которую затем будет примерять на встретившиеся основания. И ее тоже надо обучать: если эта форма не подходит, то тащи следующую форму.

К возникновению, существованию и работе полимераз можно поставить множество таких же вопросов как топоизомеразе или хеликазе и, как увидим, на них не будет получен ответ в рамках молекулярной биологии.