Репликация ДНК у прокариот: общие сведения
Деление молекулы ДНК (репликация) происходит по полуконсервативному механизму и в норме всегда предшествует делению клетки. С помощью электронного микроскопа установлено, что репликация ДНК начинается в точке прикрепления кольцевой хромосомы к ЦПМ , где локализован ферментативный аппарат, ответственный за репликацию. Часто можно обнаружить, что контакт ДНК с ЦПМ осуществляется посредством мезосом .
Репликация, начавшаяся в точке прикрепления, идет затем в двух противоположных направлениях, образуя характерные для кольцевой хромосомы промежуточные структуры ( рис. 17 ). Возникающие дочерние хромосомы остаются прикрепленными к мембране.
Репликация молекул ДНК происходит параллельно с синтезом мембраны в области контакта ДНК с ЦПМ. Это приводит к разделению (сегрегации) дочерних молекул ДНК и оформлению обособленных хромосом ( рис. 18 ).
Модель строения бактериальной хромосомы должна объяснять также прохождение в клетке процессов транскрипции и трансляции . Согласно существующим представлениям суперспирализованные петли соответствуют неактивным в данное время участкам ДНК и находятся в центре нуклеоида . По его периферии располагаются деспирализованные участки, на которых происходит синтез информационной РНК (иРНК) , при этом, поскольку у бактерий процессы транскрипции и трансляции идут одновременно, одна и та же молекула иРНК может быть одновременно связана с ДНК и рибосомами ( рис. 19 ).
У прокариот и, в частности, у бактерий E. coli, описаны три ДНК- полимеразы - Pol I , Pol II и Pol III , первая из которых ответственна главным образом за репарацию ДНК, третья - за репликацию ДНК, а функция второй - в замене Pol III в крайних ситуациях, таких, например, как мутагенная репарация ДНК [ Kornberg A., Baker T.A., 1992 , Tessman I., Kennedy M.A., 1994 ].
Cинтез ДНК в репликационной вилке происходит на двух нитях ДНК одновременно в виде "непрерывного" синтеза на так называемой "ведущей" нити и "прерывистого" синтеза (фрагментами Оказаки по 1-2 т. н.) на "отстающей" нити. ДНК-полимераза синтезирует ДНК только в одном направлении: от 5'- конца к 3'-концу, перемещаясь вдоль ДНК-матрицы в направлении 3'->5'. Так как комплементарные цепи ДНК антипараллельны, ДНК- полимераза не может реплицировать молекулу ДНК, просто перемещаясь от одного конца матричного дуплекса к другому. Поэтому на одной цепи ДНК синтез новой цепи происходит непрерывно, и образующаяся цепь называется ведущей , тогда как синтез другой цепи осуществляется прерывисто в виде коротких фрагментов, получивших название фрагментов Оказаки . Вновь синтезируемая цепь ДНК называется отстающей . И хотя фрагменты Оказаки также синтезируются в направлении 5'->3', перемещение работающей ДНК-полимеразы при синтезе каждого индивидуального фрагмента Оказаки должно быть противоположным перемещению при синтезе ведущей цепи. Образующиеся фрагменты Оказаки отстающей цепи соединяются друг с другом с помощью ДНК-лигазы.Предполагается, что двукоровый голофермент Pol III, состоящий из 10 типов субъединиц, одним своим кором непрерывно связан с ведущей нитью через димер b-субъединицы , а другим кором перепрыгивает с одного b- димера на другой или, другими словами, с РНК- праймера одного фрагмента Оказаки на другой вдоль отстающей нити [ Echols H., Goodman M.F., 1991 , Щербакова П.В. 1997 ]. Точность репликации ДНК у E. coli достаточно высока: одна ошибка на 10#9 - 10#11 оснований [ Cox E.C., 1976 ].
