2) ДНК-лигаза
3) ДНК-геликаза
4) ДНК-рестриктаза
ДНК-полимераза — основной фермент репликации, непосредственно катализирующий синтез новой цепи ДНК. Она использует матричную цепь, праймер со свободной 3′-ОН-группой и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, присоединяя нуклеотиды в направлении 5′→3′ с образованием фосфодиэфирных связей. Последовательность включаемых нуклеотидов определяется принципом комплементарности: аденину матрицы соответствует тимин, гуанину — цитозин.
ДНК-полимераза не начинает цепь с нуля , поэтому перед её работой праймаза синтезирует короткий РНК-праймер. На лидирующей цепи синтез происходит непрерывно, а на отстающей — прерывисто, с образованием фрагментов Оказаки. Многие ДНК-полимеразы обладают 3′→5′-экзонуклеазной активностью и исправляют ошибочно включённые нуклеотиды, что обеспечивает высокую точность репликации и сохранение генетической информации.
Геликаза и ДНК-лигаза также необходимы для полноценной репликации, но выполняют вспомогательные этапы: первая расплетает двойную спираль, а вторая соединяет фрагменты Оказаки. Рестриктазы расщепляют ДНК в определённых участках и участвуют преимущественно в защитных системах бактерий и лабораторных методах молекулярной генетики, а не в физиологическом синтезе новой цепи.
| Фермент | Основная реакция | Роль в обмене ДНК | Значение для репликации |
|---|---|---|---|
| ДНК-полимераза | Присоединение дезоксирибонуклеотидов к 3′-концу растущей цепи | Синтез комплементарной цепи ДНК | Непосредственно осуществляет полимеризацию; основной правильный ответ |
| Праймаза | Синтез короткого РНК-праймера | Создаёт свободный 3′-ОН-конец для начала работы полимеразы | Не синтезирует ДНК, но обеспечивает запуск репликации |
| ДНК-геликаза | Разрыв водородных связей между комплементарными цепями | Расплетание двойной спирали в репликационной вилке | Создаёт доступную матрицу для ДНК-полимеразы |
| ДНК-лигаза | Образование фосфодиэфирной связи между соседними фрагментами | Сшивание фрагментов Оказаки и устранение разрывов | Завершает созревание отстающей цепи, но не полимеризует ДНК |
| Топоизомераза | Временное разрезание и повторное соединение цепей ДНК | Снятие сверхспирализации и торсионного напряжения | Облегчает продвижение репликационной вилки |
| Рестриктаза | Гидролитическое расщепление ДНК в специфической последовательности | Защита бактерий от чужеродной ДНК; применение в генетических исследованиях | Не относится к ферментам физиологического синтеза ДНК |
Таким образом, критерий выбора заключается в определении фермента, который непосредственно наращивает полинуклеотидную цепь. Направление синтеза всегда остаётся 5′→3′, тогда как матрица считывается в направлении 3′→5′. Совместная работа полимеразы, геликазы, праймазы, топоизомеразы и лигазы обеспечивает непрерывную и точную репликацию генома. Нарушение активности этих ферментов может приводить к ошибкам репликации, мутациям и геномной нестабильности.