Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Репликация, ДНК-полимераза I, лигаза.

ДНК-полимераза I чем-то отличается от ДНК-полимеразы II, так как она достраивает запаздывающую ветвь, не лидирующую ветвь.

За что не возьмись в молекулярной биологии, везде масса не решенных вопросов. Все прекрасно знают, что существуют кольцевые ДНК. Если это кольцо разрезать и начать эту молекулу реплицировать, то при движении репликационной вилки в одну сторону лидирующей будет такая-то ветвь, а при движении репликационной вилки в противоположную сторону эта же ветвь будет запаздывающей.

Эксперименты показывают, что репликационные вилки могут возникать одновременно на ДНК в различных местах. Вот что я прочел на сайте  “Биология человека”:

“Клетки, растущие в культуре, инкубируют короткое время в присутствии Н3-тимидина с таким расчетом, чтобы ДНК, синтезированная за этот период, оказалпсь высокорадиактивной. Затем клетки осторожно лизируют и их ДНК наносят на поверхность стекла, по возможности растягивая ее молекулы. Стекло покрывают фотоэмульсией и синтез ДНК выявляют методом радиоавтографии. … реплицированные участки ДНК видны под микроскопом как линии из зерен серебра, хотя сама ДНК остается невидимой. Такого рода опыты показали следующее:

  1. Места образования репликационных вилок расположены группами, которые называют "репликативные единицы". В каждую группу входит от 20 до 80 точек начала репликации. Внутри такой группы точки начала репликации отстоят друг от друга на 30 000 -300 000 пар оснований.
  2. На протяжении всей фазы S активируются новые репликативные единицы, пока не будет реплицирована вся ДНК.
  3. В большинстве случаев репликационные вилки расположены парами: две вилки одной пары движутся в противоположных направлениях от общей точки начала репликации, образуя структуру, называемую " репликационный пузырь " или "глаз".
  4. В репликативных единицах репликационные вилки прекращают движение, когда встречают соседнюю вилку, движущуюся в противоположном направлении. Таким образом, ДНК в данной области хромосомы реплицируется, образуя две полные дочерние спирали”.

Графически фрагмент такой репликации можно изобразить так.

1, 2, 3 – топоизомеразы.

На участке аб на лидирующей ветви синтез комплементарной ветви осуществляется непрерывным образом, а на участке бв синтез обязан осуществляться фрагментами Оказаки. Дальше за точкой в синтез на лидирующей ветви снова будет вестись непрерывным образом. На запаздывающей ветви события развиваются с точностью на оборот, ибо топоизомераза 2 движется навстречу топоизомеразе 1. Похоже, что синтез ветвей практически идет параллельно по времени и невозможно определить, какая ветвь запаздывает относительно другой. А теперь подумаем.

  1. Чем могут различаться ДНК-полимераза II (Polδ) и ДНК-полимераза I (Polα)? Обе ведут непосредственный синтез новых ветвей с конца 3ʹ.Поэтому их устройство механизмов синтеза должно быть одинаково. А механизм включения полимераз в работу различен. Допустим,синтез ДНК начинается с ее начала. Топоизомераза расплела несколько нуклеотидов. На конце 3ʹ праймаза уже может строить праймер иPolδ может начать синтез. Polα должна выжидать, пока праймаза (эта же или другая) на запаздывающей ветви не отсчитает определенного количества нуклеотидов, не дождется определенной комбинации нуклеотидов или не получит какой-то сигнал и не построит праймер. Затем должен выработаться некий сигнал, который запустит работу полимеразы. После того как данный фрагмент будет отработан, Polα снова остановится и будет ожидать нового пуска или обрабатывать задержанный пуск, если праймаза поработала над следующим фрагментом Оказаки. Если праймер был построен на экзонной части молекулы, то следует как-то эту часть восстановить, чтобы ген не был искажен. И даже если это интронная часть, то все равно надо праймер убрать, ибо в молекуле не должно быть РНК-фрагментов. Для этого запускается еще одна полимераза, которая обычно выполняет функции репарации, заключающиеся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК.

Возможно, это частичная обязанность лигазы (4). Обычно ДНК-лигазе приписывают образование фосфодиэфирных мостиков между 5ʹ-фосфорильной и 3ʹ-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрывов ДНК. Больше ничего в режиме репликациилигаза не делает.

  1. Что происходит с участниками репликации (топоизомеразы, хеликазы, праймазы и т.д.) после встречи репликационных вилок? Они исчезают, распадаясь на что-то? Остаются такими же и засоряют клетку или приступают снова к работе? В первом и втором случаях надо вновь синтезировать новые комплексы. В третьем случае старые комплексы надо переместить в новые репликативные единицы.
  2. По каким сигналам, и какими силами перемещаются комплексы в другие места ДНК?

И, наконец, последний вопрос по поводу репликации к молекулярной биологии.

  1. Что свивает вновь образованные молекулы в спиральный вид? Этот вопрос вообще не рассматривается. Наверное, предполагается, что молекулы сами скрутятся без посторонней помощи.

Как видим действия комплексов, работающих с ДНК, слишком очеловечены, в то время как сама ДНК, довольно сложное образование, остается пассивным объектом.

Дальше рассмотрим процесс репликации с квантовых позиций.