Das Replisom

Die DNA-Replikation erfolgt durch eine hochgradig koordinierte Multiprotein-Assemblierung, die als DNA-Replikationsmaschinerie oder Replisom bekannt ist und die Effizienz der DNA-Replikation erhöht.

Die Kernkomponenten der Maschinerie sind Helikase, einzelsträngige DNA-Bindungsproteine, DNA-Primase, Gleitklemmen, ein Clamp-Loader und mehrere DNA-Polymerasen, die alle in der Nähe der Replikationsgabel miteinander verbunden sind.

Replikative DNA-Polymerasen haben eine Prozessivität von etwa 10 Nukleotiden, was der Anzahl der Nukleotide entspricht, die sie dem Tochterstrang hinzufügen können, bevor sie vom Matrizenstrang dissoziieren.

Dies ist zu ineffizient, um ganze Genome in einem vernünftigen Zeitrahmen zu kopieren, und dieses Problem wird mit Hilfe von Schiebeklemmproteinen gelöst.

Wenn ATP mit dem Clamp-Loader-Protein assoziiert, binden sie an die Schiebeklemme und öffnen sie, so dass ihre ringförmige Struktur den Primer-Template-DNA-Komplex umgeben kann. Nach der Bindung hydrolysiert der Clamp-Loader das ATP zu ADP, wodurch sich der Clamp-Loader löst und sich die Clamp um die DNA schließt.

Dann bindet die DNA-Polymerase an die Clamp-Proteine und zusammen gleiten sie entlang der Matrizen-DNA, binden die DNA-Polymerase an den Strang und erhöhen ihre Prozessivität auf bis zu 1000 Nukleotide.

Diese erhöhte Prozessivität ermöglicht es der DNA-Polymerase, eine kontinuierliche DNA-Replikation auf dem führenden Strang durchzuführen.

Auf der nacheilenden Strang-Matrize führt jedoch eine andere DNA-Polymerase eine diskontinuierliche DNA-Replikation auf eine Weise durch, die es den DNA-Polymerase-Molekülen ermöglicht, die führenden und nacheilenden Stränge gleichzeitig zu synthetisieren. Dieser Prozess wird manchmal als "Posaunenmodell" bezeichnet.

Der nacheilende Strang und sein Matrizenstrang bilden eine Schleife, wenn die DNA-Polymerase die Okazaki-Fragmentsynthese aus einem RNA-Primer initiiert.

Die DNA-Schleife wächst aus beiden Richtungen, da die Helikase die DNA abwickelt und der nacheilende Strang synthetisiert wird.

Wenn die DNA-Polymerase auf den nächsten RNA-Primer trifft, löst sie sich vom Matrizenstrang. Währenddessen fügt die Primase dem nacheilenden Strang einen weiteren Primer hinzu, und die wachsende DNA-Schleife wird freigesetzt.

Die Clamp- und Clamp-Loader-Proteine ermöglichen es der DNA-Polymerase, schnell wieder mit dem geprimten DNA-Template zu assoziieren.

Die Bildung und der Kollaps der Subsequenz der DNA-Schleife wiederholen sich mit der Synthese jedes neuen Okazaki-Fragments.