В молекулярной генетике процессы синтеза ДНК, РНК и белка для удобства описания поделены на три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. Эти этапы описывают неодинаковые механизмы для разных синтезируемых молекул, однако всегда означают начало, ход процесса и завершение. Репликационная терминация представляет собой окончание синтеза молекул ДНК.
Биологическая роль терминации
Инициация и терминация представляют собой начальную и конечную границы наращивания синтезируемой цепи, которое осуществляется на стадии элонгации. Завершение процесса обычно происходит там, где заканчивается биологическая целесообразность дальнейшего синтеза (например, в месте окончания репликона или транскриптона). При этом терминация выполняет 2 важных функции:
- не позволяет синтезу выйти за пределы конкретного участка матричной цепи;
- освобождает продукт биосинтеза.
Так, например, в процессе транскрипции (синтезе РНК на основе ДНК-матрицы) терминация не позволяет процессу пересечь границу конкретного гена или оперона. В противном случае смысловое содержание матричной РНК было бы нарушено. В случае синтеза ДНК терминация удерживает процесс в пределах одного репликона.
Итак, терминация — это один из механизмов поддержания обособленности и упорядоченности биосинтеза различных участков матричных молекул. Кроме того, освобождение продукта позволяет последнему выполнить свои функции, а также возвращает систему в исходное состояние (отсоединение ферментных комплексов, восстановление пространственной структуры матрицы и т. д.).
Что такое терминация синтеза ДНК
Синтез ДНК происходит во время репликации — процесса удвоения генетического материала в клетке. При этом исходная ДНК расплетается, и каждая из ее цепей служит матрицей для новой (дочерней). В результате на месте одной двуцепочечной спирали формируются две полноценные молекулы ДНК. Терминация (окончание) этого процесса у прокариот и эукариот происходит по-разному из-за некоторых отличий в механизмах репликации хромосом и нуклеоида безъядерных клеток.
Как осуществляется репликация
В репликации участвует целый комплекс белков. Главную функцию выполняет фермент, осуществляющий синтез, — ДНК-полимераза, которая катализирует образование фосфодиэфирных связей между нуклеотидами наращиваемой цепи (последние подбираются по принципу комплементарности). Для начала работы ДНК-полимеразе требуется затравка — праймер, который синтезируется ДНК-праймазой.
Этому событию предшествует расплетание ДНК и разделение ее цепей, каждая из которых служит матрицей для синтеза. Так как последний может происходить только от 5`к 3`-концу, одна цепь становится ведущей (синтез происходит в прямом направлении и непрерывно), а другая — отстающей (процесс осуществляется в обратном направлении и фрагментарно). Разрыв между фрагментами впоследствии устраняется ДНК-лигазой.
Расплетание двойной спирали осуществляется ферментом ДНК-хеликазой. В ходе этого процесса образуется Y-образная структура, названная репликационной вилкой. Образующиеся одноцепочечные участки стабилизируются так называемыми SSB-белками.
Терминация — это остановка синтеза ДНК, которая происходит либо в результате встречи репликационных вилок, либо при достижении конца хромосомы.
Механизм терминации у прокариот
Завершение репликации у прокариот происходит в соответствующей точке генома (сайте терминации) и обуславливается двумя факторами:
- встречей репликационных вилок;
- ter-сайтами.
Встреча вилок происходит в том случае, если молекула ДНК имеет замкнутую кольцевую форму, которая характерна для большинства прокариот. В результате непрерывного синтеза происходит соединение 3` и 5` -концов каждой цепи. При однонаправленной репликации точка совмещения совпадает с сайтом инициации (OriC). В таком случае,синтезируемая цепь как бы огибает кольцевую молекулу, возвращаясь к исходной точке и встречаясь с 5`-концом самой себя. При двунаправленной репликации (синтез идет одновременно в двух направлениях от точки OriC) встреча вилок и соединение концов происходит в середине кольцевой молекулы.
Сцепление колец осуществляет ДНК-лигазой. При это формируется структура, называемая катеканом. Путем внесения одноцепочечного разрыва ДНК-гираза разъединяет кольца, и процесс репликации завершается.
В репликации также принимают участие ter-сайты. Они расположены на 100 нуклеотидных пар дальше точки встречи вилок. Эти участки содержат короткую последовательность (23 н.п), с которой связывается белковый продукт гена tus, блокирующий дальнейшее продвижение репликационной вилки.
Терминация репликации в эукариотической клетке
И последний момент. У эукариот одна хромосома содержит несколько точек инициации репликации, а терминация происходит в двух случаях:
- при столкновении вилок, движущихся в противоположных направлениях;
- в случае достижения конца хромосомы.
По окончании процесса разделенные молекулы ДНК связываются с хромосомными белками и упорядоченно распределяются по дочерним клеткам.
