В молекулярната генетика процесите на ДНК, РНК и протеинов синтез са разделени на три етапа за удобство на описанието: иницииране, удължаване и терминиране. Тези етапи описват различни механизми за различните синтезирани молекули, но винаги означават началото, хода на процеса и края. Прекратяването на репликацията е краят на синтеза на ДНК молекули.
Биологичната роля на прекратяването
Инициирането и завършването са началните и крайните граници на растежа на синтезираната верига, който се извършва на етапа на удължаване. Завършването на процеса обикновено настъпва там, където свършва биологичната целесъобразност на по-нататъшния синтез (например на мястото на края на репликона или транскриптона). В същото време прекратяването изпълнява 2 важни функции:
- не позволява на синтеза да надхвърли определен участък от веригата на матриците;
- освобождава биосинтетичния продукт.
Така, например, в процеса на транскрипция (синтез на РНК на базата на ДНК шаблон), терминацията не позволява на процеса да премине границата на определен ген или оперон. ATв противен случай семантичното съдържание на информационната РНК би било нарушено. В случай на синтез на ДНК, терминирането поддържа процеса в рамките на един репликон.
И така, терминирането е един от механизмите за поддържане на изолацията и подредеността на биосинтеза на различни участъци от матриксни молекули. Освен това освобождаването на продукта позволява на последния да изпълнява функциите си, а също така връща системата в първоначалното й състояние (отделяне на ензимни комплекси, възстановяване на пространствената структура на матрицата и др.).
Какво е прекратяването на синтеза на ДНК
Синтезът на ДНК се случва по време на репликация, процесът на удвояване на генетичния материал в клетката. В този случай оригиналната ДНК се развива и всяка от нейните вериги служи като шаблон за нова (дъщеря). В резултат на това на мястото на една двуверижна спирала се образуват две пълноценни ДНК молекули. Прекратяването (краят) на този процес при прокариотите и еукариотите протича по различен начин поради някои разлики в механизмите на хромозомната репликация и нуклеоида на клетки без ядрени клетки.
Как работи репликацията
Цял комплекс от протеини участва в репликацията. Основната функция се изпълнява от синтезиращия ензим ДНК полимераза, който катализира образуването на фосфодиестерни връзки между нуклеотидите на растящата верига (последните се избират според принципа на комплементарност). За да започне да работи, ДНК полимеразата изисква праймер - праймер, който се синтезира от ДНК примаза.
Това събитие се предшества от размотаването на ДНК и отделянето на нейните вериги,всеки от които служи като матрица за синтез. Тъй като последното може да се появи само от 5' до 3' края, една верига става водеща (синтезът протича в посока напред и непрекъснато), а другата нишка изостава (процесът се извършва в обратна посока и фрагментарно). Пропастта между фрагментите впоследствие се поправя от ДНК лигаза.
Развиването на двойната спирала се извършва от ензима ДНК хеликаза. Този процес образува Y-образна структура, наречена вилица за репликация. Получените едноверижни региони се стабилизират от така наречените SSB протеини.
Прекратяването е спиране на синтеза на ДНК, което възниква или в резултат на срещата на репликационните вилици, или когато се достигне краят на хромозомата.
Механизъм на прекратяване при прокариотите
Завършването на репликацията в прокариотите се случва в подходящата точка в генома (терминационно място) и се определя от два фактора:
- репликационна вилица;
- ter-sites.
Срещата на вилиците се случва, ако молекулата на ДНК има затворена кръгла форма, която е характерна за повечето прокариоти. В резултат на непрекъснат синтез 3' и 5' края на всяка верига са свързани. За еднопосочна репликация точката на съвпадение е същата като изходния сайт (OriC). В този случай синтезираната верига като че ли обикаля около пръстенната молекула, връщайки се в началната точка и се среща с 5'-края на себе си. С двупосочна репликация (синтезът протича едновременно в две посоки от точката OriC), срещатавилици и свързването на краищата става в средата на пръстеновата молекула.
Свързването на пръстените се осъществява чрез ДНК лигаза. Това образува структура, наречена катекан. Чрез въвеждане на прекъсване на единична верига, ДНК гиразата разрушава пръстените и процесът на репликация е завършен.
Ter-сайтовете също участват в репликацията. Те са разположени на 100 базови двойки отвъд точката, където се срещат вилиците. Тези региони съдържат къса последователност (23 bp), към която се свързва протеиновият продукт на tus гена, блокирайки по-нататъшното напредване на репликационната вилка.
Прекратяване на репликацията в еукариотна клетка
И последният момент. При еукариотите една хромозома съдържа няколко точки на иницииране на репликация и прекратяването настъпва в два случая:
- когато вилиците, движещи се в противоположни посоки, се сблъскат;
- ако краят на хромозомата е достигнат.
В края на процеса, отделените ДНК молекули се свързват с хромозомните протеини и се разпределят по ред между дъщерните клетки.
