40. Каков механизм репликации ДНК?

Биосинтез ДНК катализируется несколькими ДНК-полимеразами. В естественных условиях необходимы также экзонуклеазы и ДНК-лигаза.

ДНК-полимераза I участвует в полимеризации дезоксирибонуклеозид-5-трифосфатов (фермент был открыт в 1958 г. А. Корнбергом у Е. coli) и контролируется геном pol А:

In vivo реакция необратима, так как освобождающаяся пирофосфатная группа гидролизуется клеточной пирофосфатазой. Для реакции необходимо присутствие четырех дезоксирибонуклеозид-5′-трифосфатов и ионов Mg²⁺ и небольшого количества ДНК в качестве затравки. ДНК-полимераза I катализирует присоединение отдельных мононуклеотидов к 3′-ОН концу цепи ДНК. Синтез осуществляется в направлении 5′ → 3′:

ДНК-затравка должна иметь двойную денатурированную цепь с разрывом одной из диэфирных связей. Эта затравка выполняет две функции - функцию затравки, к 3′-ОН концу которой присоединяются мононуклеотиды (разорванная цепь), и матричную функцию для синтеза комплементарной цепи (интактная цепь).

Наравне с ДНК-полимеразной активностью ДНК-полимераза I E. coli обладает двумя экзонуклеазными активностями: 3′ → 5′ и 5′ → 3′. Различные характеристики ДНК-полимеразы I предполагают наличие в ней сайтов: прикрепления матрицы, прикрепления затравки, прикрепления 3′-гидроксила затравки, прикрепления дезоксирибонуклеотидов и, наконец, сайт 5′ → 3′ экзонуклеазной активности. ДНК-полимераза I не может использовать в качестве затравки нативную ДНК. Тем не менее мутанты, лишенные ДНК-полимеразы I, способны синтезировать ДНК.

ДНК-полимераза II обладает экзонуклеазной активностью 3′ → 5′, контролируется геном pol В. Полимеразная активность 5′ → 3′.

ДНК-полимераза III контролируется геном dna E. (Другое название этого фермента Pol III.) Активной формой ДНК-полимеразы III является димер (Pol III*). Для активации фермента необходимо присутствие белкового фактора - кополимеразы III (Copol III*). ДНК-полимераза III обладает двумя экзонуклеазными активностями и полимеразной активностью 5′ → 3′.

ДНК-лигаза катализирует фосфодиэфирную связь между 3′-ОН одной цепи ДНК и 5′-монофосфатом другой цепи при условии, что обе эти цепи соединены с интактной комплементарной цепью. ДНК-лигаза служит для образования кольцевой ДНК, репарации цепи ДНК, имеющей разрыв, рекомбинации генов и репликации ДНК.