Типы репликаций
Репликация начинается с определенной точки, которая получила название точки начала репликации и представляет собой определенную нуклеотидную последовательность. Частота, с которой происходит инициирование репликации контролируется регуляторным белком или белками, способными взаимодействовать с точкой начала репликации. Поэтому каждая реплицирующая единица должна иметь:
1. точку начала репликации
2. ген, кодирующий регуляторный белок
3. реплицируемую последовательность.
Бактериальная хромосома содержит одну точку начала репликации. Поэтому инициация репликации в этой единственной точке приводит к репликации всего генома.
Эукариотические клетки содержат различное количество хромосом и, как следствие, большое число точек начала репликации. при этом регуляторный белок, запустивший (инициировавший) репликацию данной единицы, не обязательно кодируется ею же, а может быть продуктом другой реплицирующейся единицы.
Отдельно нужно отметить плазмиды - небольшие мобильные кольцевые молекулы ДНК, присутствующие в бактериальных клетках и представляющие собой аывтономные реплицирующиеся единицы. Некоторые плазмиды разделяют строгость репликации бактериальной хромосомы и представлены в клетке в виде одной копии (однокопийные плазмиды ). Другие плазмиды могут быть многокопийными.
В точке начала репликации формируется область репликации, которая перемещается от стартовой точки вдоль родительской ДНК. Эта активная область из-за своей Y-образной формы получила название репликативной вилки.
Репликация может осуществляться либо в одном, либо в двух направлениях. При однонаправленной репликации вдоль ДНК движется одна репликативная вилка. При двунаправленной репликации от точки начала в противоположных направлениях движутся две репликативные вилки.
С помощью электронной микроскопии реплицирующейся ДНК удалось установить, что область, которая уже реплицирована, имеет вид глазка внутри не реплицированной ДНК. Этот глазок выглядит одинаково как в случае одной, так и в случае двух репликативных вилок.
В случае репликации кольцевой молекулы ДНК присутствие глазка приводит к образованию q (тэта)-структуры, изображенной на рисунке ниже.
Содержит ли реплицирующийся глазок одну или две репликативные вилки можно определить двумя способами. Выбор метода зависит от того, является ли ДНК определенной молекулой или неопределенной частью клеточного генома.
В случае определенной линейной молекулы ДНК используют электронную микроскопию, с помощью которой определяют расстояние от каждого конца глазка до конца молекулы ДНК. Если сравнить во времени положение концов глазка от конца молекулы ДНК и окажется, что только один из концов будет подвижным, а другой фиксированным, то репликация происходит посредством одной репликативной вилки:
Если репликация двунаправленная, перемещаться будут оба конца глазка.
Для того, чтобы пометить движение репликативных вилок в неопределенных областях больших геномов, используют радиоактивные метки. Радиоавтография таких препаратов показывает, что однонаправленная репликация приводит к появлению метки в одном конце глазка (тонкой линеей показана немеченная ДНК невидимая на радиоавтограмме, жирной линией показаны участки ДНК, содержащие метку):
Двунаправленная репликация приводит к появлению метки с обеих сторон данной структуры:
Однако возможен и другой вариант в случае репликации кольцевой молекулы ДНК. При этом происходит одноцепочечный разрыв, открывается один 3`-OH-конец, который наращивается с помощью ДНК-полимеразы. Вновь синтезируемая цепь вытесняет исходную родительскую цепь:
Такой тип структуры получил название катящегося кольца (соответственно процесс - репликация по типу катящегося кольца), поскольку точка роста скользит вокруг кольцевой матричной цепи. Так как вновь синтезируемый материал ковалентно связан с исходным материалом, вытесняемая нить достигает больших размеров и содержит любое число единиц геномов, синтезируемых путем непрерывного вращения матрицы. Данный тип репликации характерен для ряда вирусов.