Самоподвоення ДНК

Для молекул ДНК характерна така унікальна властивість, як здатність до самоподвоєння (реплікації, редуплікації). Реплікація – процес самоподвоення ДНК, який забезпечує точне копіювання генетичної інформації і передавання її з покоління в покоління. Механізм реплікації в організмів різних класів дещо відрізняється, проте основа його однакова для всіх. Основними принципами реплікації є:

• • комплементарність – до нуклеогидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А=Т, а Г=Ц;
• • напівконсервативність – кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий синтезується з нуклеотидів;
• • антипаралельність – на ведучому ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на відстаючому – у протилежному.

Реплікація – складний багатоетапний процес, у якому беруть участь багато ферментів, він потребує багато часу та великих енергетичних витрат клітини. Процес починається з того, що ферменти (ДНК-топоізомераза) розкручують спіральну молекулу ДНК, після чого до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знов згорнутися.

Фермент ДНК-геліказа і дестабілізуючі білки розщеплюють ДНК на два окремих ланцюги з утворенням реплікаційної вилки. До ланцюга приєднується ДНК-праймаза і ДНК-полімераза, які каталізують утворення нових ланцюгів. ДНК-полімераза також здатна виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти комплементарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, по ходу роз'єднання молекули ДНК геліказою, інший ланцюг будується в протилежному напрямку – проти напрямку дії гелікази, тому відбувається короткими фрагментами, які називаються фрагментами Окадзакі, на честь японського вченого що їх відкрив. Фрагменти Окадзакі з'єднує між собою фермент ДНК-лігаза. Таким чином, з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які після закінчення процесу реплікації спіралізуються. В еукаріот реплікація відбувається перед поділом клітини, у прокаріот – протягом усього життєвого циклу. Отже, основними стадіями реплікації є:

I. Ініціація – початок реплікації:

• 1) утворення реплікаційної вилки (беруть участь фермнти і білки, що розплітають спіраль і стабілізують розкручені ланцюги);
• 2) приєднання ферментів, які каталізують процес нарощування нових ланцюгів.

II. Елонгація – нарощування ланцюгів ДНК-полімеразоюу напрямку 3-5':

• 1) синтез на лідируючому ланцюзі (3-5') ДНК, який здійснюється безперервно;
• 2) синтез на відстаючому (5'-3'), який здійснюється фрагментарно (фрагментами Окадзакі)

III. Термінація – завершення реплікації:

• 1) дозрівання – ферменти-рестриктази видаляють праймери, без яких не могла вступити в дію ДНК-полімераза;
• 2) зшивання – з'єднання ліг зами окремих фрагментів ДНК.