8.4 : The Replisome

Replikacja DNA jest przeprowadzana przez duży kompleks białek, które działają w skoordynowanej materii, aby osiągnąć replikację DNA o wysokiej wierności. Razem kompleks ten jest znany jako maszyneria replikacji DNA lub replikosom.

Synteza nici wiodących i opóźnionych jest procesem wysoce skoordynowanym. Aby to wyjaśnić, "model puzonu" został zaproponowany przez Bruce'a Albertsa w 1980 roku. Tworzenie pętli DNA rozpoczyna się, gdy starter jest syntetyzowany na opóźnionej nici rodzicielskiej. Pętla rośnie wraz z syntezą fragmentu Okazaki i ostatecznie rozpuszcza się, gdy synteza fragmentu się kończy. Polimeraza DNA następnie przyłącza się do innego startera i cały cykl, od powstania pętli do zapadnięcia się, jest powtarzany. Replisom pozwala na koordynację wszystkich działań jako kompleksu maszyn replikacyjnych.

Replikowane składniki

Helikazy rozwijają się i oddzielają dwuniciowe DNA. Enzymy te są obecne jako pojedynczy pierścień heksamerowy u prokariontów i jako podwójny pierścień heksamerowy u eukariontów. Funkcjonowanie helikaz eukariotycznych zależy od dodatkowych białek, Cdc45 i GINS. Jednoniciowe białka wiążące DNA (SSB) zapobiegają ponownemu wyżarzaniu nici DNA. U prokariontów SSB składają się z pojedynczej podjednostki, podczas gdy u eukariontów są białkiem heterotrimerycznym znanym jako białko replikacyjne A (RPA).

Primaza dodaje starter RNA do miejsca, w którym rozpocznie się synteza DNA. U prokariontów prymaza jest obecna jako pojedynczy podjednostkowy enzym zwany DnaG, który syntetyzuje starter RNA składający się z około 12 nukleotydów. U eukariontów enzym wielopodjednostkowy, prymaza polimerazy DNA α, syntetyzuje hybrydowy starter RNA-DNA składający się z około 25 nukleotydów. Oprócz polimerazy-α, polimeraza replikacyjna rozszerzy nowo zsyntetyzowane DNA. Podczas gdy pojedynczy typ polimerazy replikacyjnej, polimeraza DNA III, jest obecny u prokariontów, dwa różne typy polimeraz replikatywnych, Pol ε i Pol δ, są obecne w eukariontach, odpowiednio do syntezy nici wiodącej i opóźnionej.

Białka Sliding Clamp utrzymują polimerazy przyłączone do matrycy DNA. β-clamp, białko homodimeryczne, działa jak zacisk u prokariontów. U eukariontów to samo zadanie wykonuje proliferujący antygen jądrowy komórki (PCNA), białko homotrimeryczne. Centralny por przesuwnego zacisku jest naładowany dodatnio, co umożliwia mu oddziaływania elektrostatyczne z ujemnie naładowanym szkieletem fosforanowym DNA. Zacisk jest przymocowany do DNA za pomocą ładowarki zaciskowej. Te białka pentameryczne należą do klasy ATPaz AAA+. Ładowarka zacisków eukariotycznych jest znana jako czynnik replikacji C, podczas gdy ładowarka zaciskowa prokariotyczna E. coli jest znana jako kompleks γ; Jednak uważa się, że białka klamrowe i ładowacze klamry są homologami ewolucyjnymi, w przeciwieństwie do wielu innych składników replikosomu.