2) ДНК-полимераза (+)
3) теломераза
4) нуклеаза
В репликации ДНК ключевую роль играет ДНК-полимераза — фермент, катализирующий синтез дочерней цепи по матрице родительской ДНК. Она присоединяет дезоксирибонуклеотиды к свободной 3′-ОН-группе праймера, поэтому синтез всегда идет в направлении 5′→3′ и не начинается de novo. На ведущей цепи синтез происходит непрерывно, а на отстающей — фрагментами Оказаки, которые впоследствии соединяются ДНК-лигазой.
Репликационный комплекс включает также хеликазу, праймазу, топоизомеразы, лигазу и белки стабилизации одноцепочечной ДНК. Праймаза синтезирует короткий РНК-праймер, однако транскрипционная РНК-полимераза не является основным ферментом удвоения генома. Теломераза представляет собой специализированную РНК-зависимую ДНК-полимеразу и поддерживает теломеры, а нуклеазы участвуют преимущественно в удалении праймеров, репарации и контроле качества ДНК; поэтому базовым ответом для процесса репликации является ДНК-полимераза.
| Компонент | Основная функция | Особенность участия в репликации |
|---|---|---|
| ДНК-полимераза | Синтез дочерней цепи ДНК по матрице | Работает в направлении 5′→3′, использует праймер; у ряда ферментов имеется 3′→5′-корректирующая активность |
| Праймаза | Образование короткого РНК-праймера | Обеспечивает старт синтеза, поскольку ДНК-полимераза не инициирует цепь самостоятельно |
| Хеликаза | Разделение комплементарных цепей ДНК | Формирует репликационную вилку с затратой энергии АТФ |
| ДНК-лигаза | Соединение фрагментов ДНК | Закрывает фосфодиэфирные разрывы между фрагментами Оказаки |
| Теломераза | Удлинение теломерных повторов | Специализирована для концевых участков хромосом; особенно активна в половых, стволовых и большинстве опухолевых клеток |
| Нуклеазы | Гидролиз фосфодиэфирных связей в нуклеиновых кислотах | Удаляют РНК-праймеры, участвуют в репарации и процессинге, но не осуществляют основной синтез ДНК |
| Топоизомеразы | Снятие сверхспирализации ДНК | Предотвращают накопление торсионного напряжения перед репликационной вилкой |
Точность репликации обеспечивается комплементарностью оснований, proofreading-активностью полимераз и последующей репарацией несоответствий. Нарушение работы ДНК-полимераз или систем коррекции повышает частоту мутаций и может способствовать геномной нестабильности. Укорочение теломер при делении соматических клеток связано с ограничением их пролиферативного потенциала, тогда как активация теломеразы характерна для клеточного бессмертия в опухолях.