Основы биохимии Том 3 - А. Ленинджер 1985

Молекулярные механизмы передачи генетической информации
Репликация и транскрипция ДНК
Для синтеза фрагментов Оказаки необходима РНК-затравка

После открытия фрагментов Оказаки проблема репликации ДНК осложнилась в еще большей степени. Поскольку ДНК-полимераза не способна инициировать новую цепь, оставалось непонятным, каким образом инициируется каждый из фрагментов Оказаки? Неожиданно обнаружилось, что для образования фрагментов Оказаки в клеточных экстрактах необходимо присутствие не только dATP, dGTP, dCTP и dTTP, но также и смеси рибонуклеозид-5'-трифосфатов (АТР, GTP, СТР и UTP). Это и другие наблюдения навели на мысль, что для синтеза ДНК каким-то образом необходим синтез РНК.

В конце концов оказалось, что так оно и есть. Для синтеза фрагментов Оказаки в качестве затравок требуются, как выяснилось, короткие отрезки РНК, комплементарные матричной цепи ДНК. Эта РНК образуется в направлении 5'→3' из ATP, GTP, СТР и UTP с помощью фермента, называемого примазой. К 3'-концу этой короткой одноцепочечной РНК-затравки и присоединяются друг за другом дезоксирибонуклеотидные остатки, комплементарные цепи-матрице ДНК.

Обычно РНК-затравка состоит всего лишь из нескольких рибонуклеотидных остатков (рис. 28-11), к которым затем ДНК-полимераза III присоединяет 1000-2000 дезоксирибонуклеотидных остатков, и в результате образуется фрагмент Оказаки. Естественно, нуклеотидная последовательность новосинтезированного фрагмента Оказаки комплементарна нуклеотидной последовательности соответствующего участка цепи-матрицы. После завершения синтеза фрагмента Оказаки РНК-затравка удаляется, нуклеотид за нуклеотидом, с помощью 5'→3'-экзонуклеазной активности ДНК-полимеразы I. По мере отщепления рибонуклеотидных мономеров каждый из них замещается на соответствующий дезоксирибонуклеотид в ходе полимеразной реакции, осуществляемой ДНК-полимеразой I; при этом в качестве затравки используется 3'-конец предыдущего фрагмента Оказаки. Однако ДНК-полимераза I не может совершить последнее ковалентное присоединение фрагмента Оказаки к растущей цепи ДНК; для этого требуется другой фермент.

Рис. 28-10. Прерывистая репликация одной из цепей ДНК в виде коротких фрагментов. Цепь, которая реплицируется непрерывно (в направлении движения репликативной вилки), называется ведущей. Другая цепь реплицируется с перерывами, в виде коротких фрагментов (фрагменты Оказаки); направление ее репликации противоположно направлению движения репликативной вилки. Фрагменты Оказаки соединяются затем друг с другом с помощью ДНК-лигазы, образуя отстающую цепь. У прокариот фрагменты Оказаки достигают длины 10002000 нуклеотидов. В животных клетках они содержат 150-200 нуклеотидов.

Рис. 28-11. Участие короткого фрагмента комплементарной РНК в качестве затравки при синтезе фрагментов Оказаки. Синтез этой РНК катализируется примазой, для действия которой затравка не требуется.