ДНК-полимераза — главный фермент процесса. Компоненты, необходимые для её работы: матрица, затравочный олигонуклеотид (праймер), субстраты (активированные нуклеотиды — дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ), ионы магния. ДНК-полимераза катализирует реакцию:

Для образования фосфодиэфирной связи используется энергия макроэргического субстрата. Большинство ДНК-полимераз обладают способностью исправлять ошибки, допущенные при синтезе, путем отщепления неправильно присоединенного нуклеотида и замены его на нужный.

Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез идет только от 5^/-конца к 3^/-концу, одна из дочерних цепей синтезируется прерывисто, образуются фрагменты Оказаки. Впоследствии праймеры (участки РНК) из дочерней цепи удаляются, на их месте достраивается ДНК.

ДНК-лигаза — сшивает фрагменты, образующиеся после удаления праймеров и достройки ДНК.

После окончания репликации ДНК подвергается метилированию (защита от нуклеаз).

У прокариот есть три ДНК-полимеразы — ДНК-полимераза III (непосредственно ведет репликацию), ДНК-полимераза II (участвует в репарации), ДНК-полимераза I (отвечает за удаление праймеров и достройку на их месте ДНК).

У эукариот одновременно с репликацией идет синтез гистонов. Ферменты: ДНК-полимераза α (синтезирует отстающую цепь), β (репаративная), γ (митохондриальная), δ (синтезирует лидирующую цепь), ε (функция точно не установлена). На концах линейных хромосом эукариот имеются теломеры (неинформативные повторяющиеся последовательности нуклеотидов). В соматических клетках с каждым актом репликации теломеры укорачиваются из-за невозможности достроить ДНК на месте 5^/-праймера. Это своеобразные «молекулярные часы» клетки.

Биосинтез рнк

Транскрипция — биосинтез РНК на матрице ДНК. В отличие от репликации, транскрипции подвергается не вся молекула ДНК. Единицей транскрипции является оперон (у прокариот) или транскриптон (у эукариот).

Фермент транскрипции — РНК-полимераза — не требует праймера, синтезирует РНК в направлении от 5^/-конца к 3^/-концу, комплементарно и антипараллельно матричной цепи ДНК. Субстратами для синтеза РНК являются активированные нуклеотиды (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ).

Инициация транскрипции: холофермент РНК-полимеразы связывается с матрицей в области промотора, вызывает локальное плавление ДНК и начинает синтез РНК. Одна из субъединиц фермента (σ-фактор) отвечает только за узнавание промотора и после инициации синтеза отсоединяется от других субъединиц.

Структура рнк-полимеразы прокариот

Субъединица	К-во	Функция
α β β/ σ	2 1 1 1	Взаимодействие с регуляторными белками, инициация синтеза Образование фосфодиэфирных связей (инициация и элонгация) Связь с ДНК-матрицей Узнавание промотора

α₂ β β^/ σ α₂ β β^/ + σ

холофермент коровая σ-фактор

полимераза

Элонгация: наращивание цепи РНК осуществляет коровая полимераза.

Терминация: в гене имеются терминирующие последовательности; белковый ρ (ро)-фактор вызывает отсоединение РНК-полимеразы от матрицы. Образовавшаяся молекула РНК у прокариот содержит информацию о нескольких белках (полицистронный транскрипт) и сразу же подвергается трансляции.

В ядре у эукариот имеется 3 типа РНК полимераз (I — синтезирует рРНК, II — для иРНК, III — для тРНК). Все виды РНК синтезируются в виде предшественников и нуждаются в процессинге (созревании). После процессинга РНК транспортируется из ядра в цитоплазму.

Созревание иРНК. Во время синтеза пре-иРНК происходит модификация концов молекулы — кэпирование на 5^/-конце и полиаденилирование на 3^/-конце. Кэп («шапочка» из трифосфометилгуанозина) и полиадениловый «хвост» защищают иРНК от действия нуклеаз. Следующим этапом созревания РНК является сплайсинг — удаление интронов (неинформативных вставок) и сшивание экзонов (информативных участков). В сплайсинге участвует малая ядерная РНК, которая содержит последовательности, комплементарные интронам.

Созревание тРНК. От предшественника тРНК отщепляются дополнительные олигонуклеотиды на 3’- и 5’- концах, вырезаются интроны, достраивается акцепторный участок (ЦЦА), формируется петля антикодона, проводится модификация нуклеотидов (образуются псевдоуридин, дигидроуридин и т. п.).

Созревание рРНК. рРНК синтезируется в виде крупных предшественников, из которых затем удаляются интроны, молекулы разрезаются на фрагменты разного размера, метилируются, объединяются с белками (образуются малая и большая субъединицы рибосом).

Ингибиторы транскрипции:

• актиномицинД — препятствует раскручиванию ДНК и продвижению РНК-поли-меразы;

• рифампицин — ингибирует РНК-полимеразу прокариот на этапе инициации;

• α-аманитин (токсин бледной поганки) — ингибирует РНК полимеразу II эукариот.