Репликационная вилка

Схема репликационной вилки:
a — родительская цепь ДНК, b — лидирующая цепь, c — отстающая цепь, d — репликационная вилка, e — РНК-праймер, f — фрагмент Оказаки

Репликационная вилка (репликативная вилка) — Y-образная структура, перемещающаяся вдоль родительской спирали ДНК и характеризующаяся местным расхождением двух её цепей, в пределах которой происходит активная репликация ДНК[1].

В подавляющем большинстве случаев (кроме искусственно созданных молекул и ДНК некоторых вирусов) макромолекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей, имеющих противоположную направленность. Комплементарность цепей означает, что информационное содержание обеих цепей ДНК идентично. Разные концы цепочки ДНК называются 3'-конец и 5'-конец. Фермент ДНК-полимераза, осуществляющий репликацию, может использовать в качестве матрицы только одноцепочечную ДНК, двигаясь вдоль неё в направлении 3'→5'. По этой причине цепи родительской ДНК должны быть на время отделены друг от друга для осуществления репликации[2]. Такое разделение цепей определяет Y-образную форму репликационной вилки. Сам процесс разделения цепей называется денатурацией, или плавлением. Количество энергии, которое нужно затратить на денатурацию участка ДНК, зависит от соотношения AT и GC связей. Гуанин и цитозин соединяются 3 водородными связями, а аденин и тимин — 2, благодаря чему первые оказываются более стабильными. Соответственно, чем больше GC связей, тем больше энергии нужно затратить на денатурацию[1].

Формирование репликационной вилки происходит на стадии инициации репликации после локального расхождения цепей материнской молекулы ДНК в точке начала репликации. В зависимости от вида организма образуются одна или две вилки, в результате репликация будет одно- или двунаправленной. Второй вариант более распространён. По мере движения репликационной вилки формируется репликационный глазок[1].

Методы определения количества репликационных вилок

 
Репликационные глазки

Существует несколько методов, позволяющих определить, является ли репликация одно- или двунаправленной. В случае относительно коротких линейных молекул ДНК методом электронной микроскопии определяют, как меняется расстояние от краёв репликационного глазка до конца молекулы в ходе репликации. Если один из этих краёв имеет неизменное положение относительно границ молекулы, то репликация является однонаправленной[1].

Для исследования репликации больших геномов применяют метод мечения вновь синтезируемой ДНК радиоактивными или флуоресцентными метками разных цветов с последующей радиоавтографией или флуоресцентной микроскопией[1].

Ещё один метод основан на изменении электрофоретической подвижности молекул ДНК в зависимости от их формы. Молекулы ДНК, находящиеся на разных стадиях репликации обрабатывают эндонуклеазами рестрикции и разделяют с помощью двумерного электрофореза. Выводы делают в зависимости от того, насколько путь таких молекул в геле отклоняется от пути линейных молекул ДНК с такой же молекулярной массой[1].

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 6 Jocelyn Krebs. Chapter 11. The Replicon // Lewin's GENES X. — Jones & Bartlett Learning, 2011. — ISBN 0763766321.
  2. О. О. Фаворова. ‘Ž•Сохранение ДНК в ряду поколений: репликация ДНК // Соросовский образовательный журнал. — 1996. — № 4. — С. 11-17.