БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 10. МЕТАБОЛІЗМ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

10.6.Біосинтез ДНК (реплікація)

Загальні принципи. Усі клітини протягом свого життя піддаються поділу. Деякі клітини діляться безперервно (наприклад, стовбурові клітини), інші - лише певну кількість разів, поки не настане смерть клітини (апоптоз), а деякі - усього декілька разів, перш ніж вони продиференціюються. Під час поділу клітини всі її компоненти подвоюються й таким чином забезпечують дочірнім клітинам повноцінне функціонування в майбутньому.

Особливо важливим процесом при поділі клітини є подвоєння її геномної ДНК. Унікальність цього явища полягає в тому, що в ДНК закодована інформація про механізм її власного подвоєння: одні гени кодують ферменти, що синтезують нуклеотидні попередники ДНК, інші - білки, які здійснюють збирання активованих нуклеотидів у полінуклеотидні ланцюги; існують гени, які координують синтез ДНК з іншими клітинними подіями, а також гени, що кодують білки, які упаковують (компактизують) ДНК у хроматин.

Крім того, під час синтезу ДНК слугує матрицею й визначає порядок, за якого нуклеотиди забудовуються в нові нуклеотидні ланцюги. Матриця дозволяє з високою точністю й економічністю відтворювати генетичну інформацію. Точне копіювання ДНК-матриці забезпечується принципом комплементарності азотистих основ нуклеотидів, відповідно до якого відбувається спарювання аденіну з тиміном і гуаніну з цитозином. Але незважаючи на те, що принцип комплементарності забезпечує велику надійність процесу копіювання, він не є безпомилковим. Трапляються випадкові відхилення (флуктуації) у структурі нуклеотидів, що приєднуються, і таких, які входять до складу матричного ланцюга, що може спричинити помилкове спарювання та включення неправильних нуклеотидів. Так, аденін у складі нуклеотиду може перебувати в імінній формі чи тимін - в енольній. За цих умов подальший синтез ланцюга зазвичай зупиняється. Ферменти полімеризації мають ефективну систему корекції - вони виводять включений, але неспарений нуклеотид майже відразу після приєднання його до кінця зростаючого ланцюга, і синтез поновлюється.

Комплементарне спарювання пуринових і піримідинових нуклеотидів двох полінуклеотидних ланцюгів подвійної спіралі ДНК відбувається напівконсервативним шляхом. Це означає, що після завершення процесу вихідні молекули ДНК стають наполовину поновленими. У кожній із дочірніх молекул один ланцюг батьківський, а другий заново синтезований. До того ж реплікація є процесом симетричним (на відміну від синтезу РНК), оскільки матрицями є обидва ланцюги батьківської ДНК.

У невеликих геномах еукаріотів і прокаріотів реплікація ДНК починається в певній точці, яка називається ориджин (від англ. origin - початок) і відбувається досить швидко: в E.coliшвидкість синтезу ДНК становить 1700 пар нуклеотидів за 1 с, тому весь геном (4,7· 10^б пар нуклеотидів) копіюється за 40 хв. У більших клітинах, наприклад у клітинах тварин, реплікація ДНК відбувається повільніше - швидкість її становить приблизно 50 пар нуклеотидів за 1 с. Проте ініціація процесу в цьому випадку здійснюється відразу в декількох місцях молекули ДНК, тобто в ДНК еукаріотичних організмів утворюється багато одиниць реплікації, які називаються репліконами. Унаслідок цього хромосома дрозофіли, наприклад, яка складається із 6,5· 10⁷ пар нуклеоти- дів, реплікується за декілька хвилин.

Біосинтез ДНК є процесом послідовним і контролюється на стадії ініціації. Після початку реплікація продовжується доти, поки весь реплікон не буде дуплікованим. Частота ініціації контролюється взаємодією регуляторного білка (білків) з точкою реплікації. На відміну від синтезу РНК, реплікативний синтез ДНК відбувається в S-фазі циклу мітотичних клітин, і тільки один раз протягом клітинного циклу. У регуляції клітинного циклу беруть участь спеціальні білки - цикліни (A-, B-, D-, E-типу).