 |
а. Образование репликационной вилки.
|
|
|
|
Образование репликационной вилки происходит в точках начала репликации. Вилка репликации представляет собой отошедшие друг от друга свободные нити матричной ДНК, на которых происходит синтез дочерних нитей ДНК. Схема образования вилок репликации представлена на рис. 37. Две вилки репликации образуют глазок репликации. В обоих вилках репликации происходит синтез ДНК в противоположных направлениях. В глазке репликации вилки двигаются, расплетая ДНК в противоположных направлениях.
Образованию вилок репликации предшествует целый ряд подготовительных процессов, которые, как правило, располагаются в следующем порядке.
· Освобождение молекулы ДНК от связи с гистонами в нуклеосоме.
· Деспирализация ДНК.
· Разрыв водородных связей между нитями матричной ДНК.
· Расхождение нитей ДНК.
· Фиксация матричных нитей ДНК.
Освобождение молекулы ДНК от связи с гистонами необходимый элемент периода инициации. В ядре клеток ДНК практически никогда не находится в свободном состоянии. Она связана с гистоновыми белками тетрамера и гистоном Н1. Кроме того, с ДНК взаимодействуют различные негистоновые белки, двухвалентные металлы, липиды и др. соединения. Всё это приводит к сильной спирализации отдельных участков ДНК в предсинтетическом периоде.
Каким образом происходит освобождение ДНК от связей с окружающими молекулами до конца не ясно. Однако известно, что в основе этого процесса лежат несколько химических реакций осуществляемых ферментами – метилирование, ацетилирование и фосфорилирование положительно заряженных групп гистоновых и негистоновых белков. В результате белки теряют положительный заряд, их связи с отрицательно заряженной молекулой ДНК становятся слабыми. Это способствует высвобождению ДНК.
|
|
|
Сразу же после освобождения от связей с белком (или параллельно с этим) происходит процесс деспирализации ДНК. Этот процесс необходим для последующего освобождения нитей ДНК от связи друг с другом. Важное значение имеет и другой процесс. Нити молекулы ДНК не просто лежат параллельно друг другу, они взаимно закручены (см. рис. 38).
Существует множество способов раскрутки спиралей. Наиболее часто употребляемые способы показаны на рисунке 39. Очевидно, что способ А не совсем удобен, т. к. при фиксации одного конца и разведение противоположных концов создаются дополнительные силы, приводящие к формированию вторичных суперспиралей. При втором способе ( противоположный конец свободен) раскручивание приведёт к вращению свободного конец, а это может превратить ядро в субмолекулярный миксер, что не безопасно для клетки.
Ори-сайт
 |
ДНК ●
ДНК 
 |  |
ДНК
Репликативный глазок (состоит из двух репликативных вилок)
 |  |
ДНК
 |  | ||
Левая вилка Правая вилка
Д в е р е п л и к а ц и о н н ы е в и л к и
Рис. 37. Схема образования репликационных вилок в точке начала репликации. Пунктирными стрелками показано направление движения вилок.
|
|
|
Рис. 38. Схема взаимного расположения нитей ДНК. Водородные связи между нитями не показаны.
Для их раскручивания используются ферменты, которые осуществляют разрезание, вращение и воссоединение нитей.
Принцип раскручивания спирали ДНК до конца не ясен. Один из возможных вариантов показан на рис. 40. Суть его в том, что специальный фермент производит временный одноцепочечный разрыв в одной нити ДНК. И через этот разрез проходит (протаскивается) противоположная нить ДНК. При этом один виток спирали распрямляется. Затем разрез ликвидируется.
Процесс разрезания, расплетения и сшивки может повторяться множество раз по мере продвижения репликационной вилки по молекуле ДНК.
Все реакции, связанные с раскручиванием нитей ДНК - осуществляют ферменты топоизомеразы. Уместно отметить, что аналогичным образом действуют эти ферменты и про другом процессе – транскрипции.
Следует отметить, что одновременно специальные ферменты (хеликаза) разрывают водородные связи между оппозитными (противоположными) нитями ДНК делая их свободными.
А
Б
Рис. 39. Способы раскручивания верёвки. А – противоположный конец фиксирован. Б – противоположный конец свободен.
Однако освобождённые из дуплекса нити ДНК долго оставаться в свободном состоянии не могут. Они или вновь соединяются или взаимодействуют с активными реагентами из окружающего пространства, или формируют шпильки. Любой вариант способен нарушить нормальный ход репликации. Для предотвращения этого существуют специальные белки – SSB-белки. Эти белки обладают сродством к одноцепочечной ДНК и с появлением последней сразу же соединяются с ней на всём её протяжении, составляя жёсткий каркас, препятствуя не только её реакциям, но и образованию шпилек (Рис. 43, 1).
Важным свойством этих белков является то, что они оставляют открытыми для реакций нуклеиновые основания одноцепочечной нити ДНК, что чрезвычайно важно для последующего синтеза дочерних нитей ДНК.
Разрез в нити № 2 и протягивание через разрез нити № 1
1
А
|
|
|
Б 2
2
В
1
Г
Д
Рис. 40. Схема деспирализации отрезка молекулы ДНК путём разрезания одной нити, протаскивания другой, раскручивания и сшивки разреза после деспирализации участка. Водородные связи между нитями не показаны.
|
|
|
