7.4: Еукаріотична реплікація

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3497

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Враховуючи вирішальну природу хромосомної реплікації для життя, не дивно виявити, що реплікація еукаріотичної ДНК дуже схожа на прокаріотичний процес. У цьому розділі будуть висвітлені деякі відмінності, які, як правило, є розробками щодо прокаріотичної версії.

На відміну від прокаріотів, еукаріотичні хромосоми часто мають множинне походження реплікації. З огляду на розмір еукаріотичних хромосом, це необхідно, щоб своєчасно закінчити повну реплікацію. Кожне з цих джерел визначає реплікон, або розтяг ДНК, який реплікується з певного походження. Реплікони не відтворюються точно в той же час (хоча все в межах однієї фази клітинного циклу, див. Розділ 15), тому важливо переконатися, що реплікони використовуються лише один раз протягом клітинного циклу.

Знімок екрана 2018-12-23 в 9.00.51 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{13}\). Еукаріотичне походження реплікації

Для цього потрібен механізм «ліцензування». Під час фази клітинного циклу до початку реплікації ДНК у кожного походження збирається пререплікативний комплекс (рис.\(\PageIndex{13}\)). Походження дуже мінливі за складом та довжиною, починаючи від ~ 100 до понад 10000 базових пар. Білки Pre-RC, з іншого боку, дуже добре зберігаються. Попередньо RC починається з створення ORC (комплекс розпізнавання походження, а не істота, що бореться Фродо та Арагорн), який складається з шести субодиниць (Orc1-Orc6). Хоча немає значної гомології послідовності, ОРК наближає функцію білка ДНКА в кишковій паличці. Для завершення попереднього RC ORC набирає пару білків, Cdc6 і Cdt1 з кожної сторони, і вони пов'язують комплекс MCM (hexamer Mcm2-Mcm6, який має неактивну активність helicase), що призводить до повністю ліцензованого попереднього RC. Походження тепер готове до активації.

Активація пре-RC при виникненні реплікації вимагає спочатку Mcm10, що полегшує протеїнкінази, які фосфорилюють комплекс MCM, активуючи активність хелікази, і роблячи реплікаційну вилку готовою прийняти реплікаційну машину.

Знімок екрана 2018-12-23 в 9.03.03 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{14}\). Машина реплікації еукаріотів дуже схожа на прокаріотичну машину.

Компоненти машини реплікації еукаріот можуть мати різні назви від прокаріотичної, але функції повинні бути дуже знайомі (рис.\(\PageIndex{14}\)). Існує примаза для виготовлення РНК-праймерів, і щільно пов'язана з примазою ДНК-полімераза α. Пол α не має ні 5'-3' екзонуклеази, ні 3'-5' коректури екзонуклеази, але він може синтезувати ДНК. Однак це не первинна ДНК-полімераза. Комплекс Primase/pol - це, по суті, химерна примаза, яка починається з короткої <10nt РНК грунтовки, а потім додає ще один короткий ~ 15nt фрагмент ДНК, роблячи гібридний праймер.

Коефіцієнт реплікації C (RFC), діючи як комплекс навантажувача прокаріотичного затиску, потім замінює pol α PCNA, еукаріотичну версію β затиску. Потім це набирає ДНК-полімеразу δ, яка є первинною реплікативною ДНК-полімеразою, еквівалентною прокаріотичної Pol III за функцією, і необхідна як для провідного, так і для відстаючого синтезу ниток. Нарешті, замість SSB еукаріотичні клітини використовують реплікаційний білок A (RPA) для організації та контролю одноланцюгової ДНК, оскільки вона генерується під час реплікативного процесу.

Можливо, ви помітили, що жодна з обговорюваних досі еукаріотичних ДНК-полімераз не має активності екзонуклеази від 5 до 3', як використовується прокаріотичною ДНК-полімеразою I для видалення праймерів. Замість цього RnaSeH1 і FEN-1 видаляють праймери РНК (всі, крім одного рибонуклеотиду, і останнього рибонуклеотиду відповідно). Цікаво, що FEN-1 також висікає шматки відстаючої нитки ДНК в межах приблизно 15 пар основи РНК, якщо вони містять помилки. Це, здається, допомагає полегшити проблему нижчої точності реплікації pol α, який не має можливості коректури. Після того, як RnaSeH1 і FEN-1 видалили праймери і помилки майже праймера, pol δ заповнює відсутні нуклеотиди, і фермент лігази приєднується до фрагментів. Pol ε має 3'-5' екзонуклеазну активність, яка подрібнює одноцепочечной ДНК на дрібні фрагменти олігонуклеотидів, а також пов'язана з машиною реплікації. Функція Pol ε чітко не зрозуміла.