Элонгация

Б. Образование РНК-затравки.

После завершения всех вышеперечисленных процессов репликативная вилка почти готова к синтезу ДНК и выглядит как показано на рисунке 41, 1. Однако для полной готовности ДНК к репликации не хватает одной существенной детали. Синтез дочерних нитей в соответствии с матричными свободными нитями ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза. Однако начать процесс синтеза новой нити этот фермент не может. Он способен только продолжить синтез уже начатой цепочки. Поэтому другой фермент ДНК зависимая РНК-полимераза (ДНК-праймаза) вначале синтезирует на обоих, разошедшихся в репликационной вилке матричных нитях ДНК, небольшой участок РНК. Эта РНК носит название РНК-затравка (РНК-праймер или просто праймер) (на рисунке 41 они обозначены буквами А и Б). РНК-затравки синтезируются параллельно матричным нитям ДНК по принципу комплементарности. Причём на одной нити, РНК-затравка (на рис. 41 она обозначена как “А”) синтезируется начиная с ori-сайта в сторону вилки репликации, на оппозитной нити РНК-затравка (на рис 41 она обозначена как “Б”) синтезируется отступя от ori-сайта в его сторону. Синтезом двух РНК-затравок на двух противоположных нитях матричной ДНК заканчивается период инициации.

Фермент ДНК-полимераза начинает синтез новых нитей ДНК с 3’ концов двух РНК-затравок (А и Б на рис 41-2). При таком синтезе дочерние молекулы ДНк на матричных нитях будут синтезироваться в противоположных направлениях.

Элонгация начинается с присоединения одного нуклеотида к 3’ концу РНК-затравки. Это присоединение осуществляет фермент ДНК-полимераза.

К первому нуклеотидуДНК-полимераза присоединяет второй, третий и т.д. нуклеотид в соответствии с принципом комплементарности к нуклеотидам, находящимся на матричной нити ДНК. Основания нуклеотидов новой нити и матричной соединяются друг с другом водородными связями. Поскольку синтез новой нити ДНК начинается с 3’ конца РНК-затравки, к которому присоединяется 5^’ конецпервого нуклеотида ДНК, то принято считать, что синтез дочерней нити ДНК происходит в направлении 5^’ - 3’.

На той нити, где синтез дочерней нити идёт в сторону вилки репликации, он идёт непрерывно, и по мере раскручивания нити фрагмент синтезированной ДНК будет постоянно удлиняться. Чем дальше продвигается вилка репликации, тем длиннее будет вновь синтезированная цепь ДНК. Эту нить ДНК называют непрерывной, лидирующей или ведущей. В дальнейшем никаких РНК-затравок на матричной нити ДНК, с которой реплицируется лидирующая нить, не формируется.

Сложнее происходит синтез дочерней ДНК на противоположной нити материнской ДНК, которая имеет направление 5^’ - 3’. К синтезированной на этой нити РНК-затравка (на рисунке обозначена как «Б») нуклеотиды будут присоединятся также к 3’ и новая цепь будет синтезироваться в сторону от вилки репликации (рис.41-2). Эту нить дочерней ДНК называют отстающей, запаздывающей. Таким образом, в репликативной вилке одновременно синтезируются две дочерние нити ДНК – ведущая (она синтезируется в направление вилки репликации) и отстающая (синтезируется в направлении от вилки репликации), т. е направление синтеза обоих дочерних цепей противоположно.

Рис. 41. Схемы репликации ДНК.

Синтез запаздывающей нити ДНК происходит не постоянно, а фрагментами. После окончания синтеза одного фрагмента вблизи репликационной вилки вновь происходит синтез РНК-затравки - С. С 3’ этой затравки вновь начинается синтез дочерней нити ДНК в направлении РНК-затравки – Б и по её достижению синтез вновь прекращается – сформировался второй фрагмент ДНК, который начинается от РНК-затравки – С. Фактически на отстающей цепи мы имеем два фрагмента, которые состоят из соединённых друг с другом РНК и ДНК. Один фрагмент ДНК начинается с РНК-затравки

Рис. 42. Схема репликации ДНК – стадия элонгации. На запаздывающей нити синтезировался третий участок РНК-затравки – Д. РНК-затравки Б и С разрушены и фрагменты Оказаки синтезированные с их концов соединены в единую нить. На лидирующей цепочки синтез идёт непрерывно, РНК-затравка А разрушается.

Б, второй – с РНК-зартавки С. Эти фрагменты ДНК носят название фрагмент Оказаки (рис 41 - 3).

Последующие раунды репликации повторяются – топоизомераза раскручивает очередной виток спирали ДНК, хелаза разрывает водородные связи между нитями ДНК и они расходятся, белки SSB фиксируют нити, лидирующая цепь продолжает удлиняться, на отстающей цепи синтезируется третий фрагмент РНК-затравки - Д и с его 3’ конца начинает синтезироваться новый фрагмент Оказаки. Затем на отстающей нити ДНК РНК-затравки разрушаются и оставшиеся фрагменты ДНК соединяются в единую цепь (рис. 42). Таким образом, на отстающей нити идут непрерывно 4 процесса: образования новых РНК-затравок, синтез с их 3’ конца фрагментов Оказаки, разрушение РНК-затравок и воссоединение фрагментов в единую цепь.

Ориджины Лидирующая цепь

3’ 5^’

5^’ 3’

Отстающая цепь

Репликон

Движение вилок Движение вилок

Рис. 45. Схема осуществления синтеза ДНК в двух вилках репликации.

Дата добавления: 2014-01-03