13.6: Ауторепликация в эукариотах

Обзор

В эукариотических клетках репликация ДНК хорошо сохраняется и жестко регулируется. Несколько линейных хромосом должны быть дублированы с высокой точностью перед делением клеток, так что есть много белков, которые заполняют специализированные роли в процессе репликации. Репликация происходит в три фазы: инициация, удлинение и прекращение, и заканчивается двумя полными наборами хромосом в ядре.

Многие белки управляют репликацией с самого начала

Репликация эукариот следует многим из тех же принципов, что и репликация прокариотической ДНК, но поскольку геном намного больше, а хромосомы являются линейными, а не кольцевыми, для этого процесса требуется больше белков и есть несколько ключевых отличий. Репликация происходит одновременно в нескольких точках репликации вдоль каждой хромосомы. Белки-инициаторы распознают источник и связываются с ним, рекрутируя геликазу для раскручивания двойной спирали ДНК. В каждой точке происхождения формируются две вилки репликации. Затем примаза добавляет короткие праймеры РНК к одиночным цепям ДНК, которые служат отправной точкой для связывания ДНК-полимеразы и начала копирования последовательности. ДНК можно синтезировать только в 5 & rsquo; до 3 & Rsquo; направление, поэтому репликация обеих цепей из одной репликационной вилки происходит в двух разных направлениях. Ведущая цепь синтезируется непрерывно, в то время как отстающая цепь синтезируется короткими отрезками длиной 100-200 пар оснований, называемыми фрагментами Окадзаки. Как только основная часть репликации завершена, ферменты РНКазы удаляют праймеры РНК, а ДНК-лигаза присоединяет любые пробелы в новой цепи.

Разделение работы по репликации между полимеразами

Нагрузка копирования ДНК в эукариот делится между несколькими различными типами ферментов полимеразы ДНК. Основные семьи полимераз ДНК во всех организмах классифицируются по сходств их белковых структур и аминокислотных последовательностей. Первые семьи, которые будут обнаружены, были определены A, B, C и X, с семьями Y и D определены позже. Семья B полимеразы в эукариоты включают Пол Кью, который также функционирует как примаза на вилке репликации, и Пол и З, ферменты, которые делают большую часть работы репликации ДНК на ведущих и отстающих нитей шаблона, соответственно. Другие полимеразы ДНК отвечают за такие задачи, как восстановление повреждения ДНК, копирование митохондриальной и пластидной ДНК, а также заполнение пробелов в последовательности ДНК на отстающей нити после удаления РНК-праймеров.

Теломеры защищают концы хромосом от деградации

Поскольку хромосомы эукариот линейны, они подвержены деградации на концах. Чтобы защитить важную генетическую информацию от повреждений, концы хромосом содержат множество некодирующих повторов высококонсервативной G-богатой ДНК: теломеры. Короткий однониточный 3 & Rsquo; выступы на каждом конце хромосомы взаимодействуют со специализированными белками, которые стабилизируют хромосому в ядре. Из-за того, как синтезируется отстающая цепь, небольшое количество теломерной ДНК не может реплицироваться при каждом делении клетки. В результате теломеры постепенно укорачиваются в течение многих клеточных циклов, и их можно измерить как маркер клеточного старения. Определенные популяции клеток, такие как половые клетки и стволовые клетки, экспрессируют теломеразу, фермент, удлиняющий теломеры, позволяя клетке пройти больше клеточных циклов, прежде чем теломеры укорачиваются.

Большинство прокариотических факторов, используемых во время репликации, имеют эквиваленты, которые играют аналогичную роль в эукариотической ДНК-дупликации. Этот процесс начинается в источнике репликации, к которому привязывается комплекс узнавания. Геликаза затем привлекается на сайт и разделяет цепи ДНК, создавая пузырёк с двумя вилками.

Примаза также прибывает, и генерирует праймеры для РНК, которые, в то время, как геликаза движется, ДНК-полимераза удлиняет с новой ДНК. Как и в прокариотах, вновь образованная ведущая цепь постоянно растёт после вилки репликации. И наоборот, отстающая цепочка производится в небольших фрагментах Оказаки, движущихся против вилки.

Из-за нескольких факторов шаблон ДНК, используемый для создания ведущий цепочки в половине этой структуры создаёт запаздывающие цепочки в другом. Интересно, что разнообразные источники репликации существуют на линейной эукариотической хромосоме и репликация прекращается, когда их связанные сферы объединяются. После этого удаляются праймеры с помощью ферментов, таких как RNAse и заменяются на ДНК.

После этого ДНК-лигаза прикрепляет любые сегменты. Однако, когда исчезает концевой праймер из отстающей цепочки, пространство остаётся пустым и есть нескопированный участок из шаблона ДНК, прилегающий к нему. Для борьбы с этим, фермент теломераза прикрепляется к нависающей области и удлиняет её с помощью последовательности ДНК без кодирования.

Примаза и ДНК-полимераза действуют в этом расширенном регионе создавая теломерный кэп, который защищает от потери кодовой ДНК из отстающего цепочки во время нескольких репликаций. Таким образом, эукариотическая репликация ДНК заканчивается двумя молекулами ДНК, каждая с одной родительской и одной новый синтезированный цепочкой, многочисленными истоками репликации и теломерами. й молекуле, в результате образуется две круговые молекулы ДНК.

Это считается полуконсервативным процессом, потому что каждая молекула содержит одну старую цепочку и одну новую.