Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985

Молекулярные механизмы передачи генетической информации
Репликация и транскрипция ДНК
Для действия ДНК-полимеразы необходима предсуществующая ДНК

Корнберг и его коллеги, изучая вопрос о том, зачем ДНК-полимеразе необходимо присутствие ДНК, нашли, что эта ДНК выполняет в полимеразной реакции две важнейшие функции - она служит затравкой и матрицей.

Рис. 28-7. Удлинение цепи ДНК с помощью ДНК-полимеразы. Новая межнуклеотидная связь образуется в результате нуклеофильной атаки свободной 3'-гидроксильной группой атома фосфора, находящегося в а-положении присоединяющегося дезоксирибонуклеозидтрифосфата. В ходе реакции высвобождается пирофосфат. Полинуклеотидная цепь ДНК-матрицы на рисунке не показана.

а. Одна из цепей предсуществующей ДНК служит затравкой

ДНК-полимераза последовательно добавляет нуклеотиды к 3'-концу одной из цепей, служащей затравкой. Следовательно, синтез новой цепи ДНК происходит в направлении 5' → 3'. ДНК-полимераза не в состоянии сама по себе без затравки начать синтез новой ДНК; она способна только удлинять уже существующую цепь, причем даже это она может делать только в присутствии цепи, играющей роль матрицы.

б. Другая цепь предсуществующей ДНК служит матрицей

Нуклеотиды присоединяются к цепи-затравке в соответствии с нуклеотидной последовательностью цепи-матрицы по принципу комплементарного спаривания Уотсона—Крика. Где бы ни находился в матричной цепи остаток тимина, в дочерней цепи в этом месте встраивается остаток аденина, и наоборот. Аналогичным образом, если в цепи-матрице стоит остаток гуанина, то напротив него в дочерней цепи будет встроен остаток цитозина, и наоборот. Таким образом, продукт ДНК-полимеразной реакции — это дуплекс с комплементарно спаренными основаниями. На рис. 28-8 схематически показано, какую роль играет в ДНК-полимеразной реакции предсуществующая ДНК.

Рис. 28-8. Структура предсуществующей двухцепочечной ДНК, которая требуется для действия ДНК-полимеразы. Для того чтобы шел синтез, нужна одиночная неспаренная цепь, которая служит матрицей. Кроме того, необходимо присутствие цепи-затравки, к которой присоединяются новые нуклеотидные звенья.

Поскольку ДНК-полимеразе необходимы как цепь-затравка, так и свободная цепь-матрица, этот фермент не способен осуществлять репликацию целой нативной хромосомы, если последняя является двухцепочечным кольцом, одноцепочечным кольцом или интактным линейным дуплексом, в котором спарены все основания. В связи с обязательным требованием для работы ДНК-полимеразы затравки и матрицы возникло много принципиальных вопросов относительно инициации и элонгации синтеза цепей ДНК.