Репликация - это процесс удвоения ДНК, или синтез дочерней ДНК на матрице ДНК. В период подготовки к митозу происходит удвоение ДНК и в S-фазе клетка имеет диплоидний набор генетического материала, а каждая хромосома содержит две идентичные молекулы ДНК. Особенности репликации ДНК:

1. Субстраты синтеза дезоксинуклеозидтрифосфаты, хотя мономеры ДНК - дезоксинуклеозидмонофосфаты. При репликации от каждого трифосфата отщепляется пирофосфат; т.е. дезоксинуклеозидтрифосфаты также выполняют роль источников энергии. 2. Матрицами синтеза дочерней ДНК служат обе цепи материнской ДНК. Согласно полуконсервативного механизма репликации, в каждой из образовавшихся дочерних молекул ДНК одна цепь - материнская, а вторая - вновь синтезированная. 3.

Образование цепей дочерних ДНК происходит по принципу комплементарности к материнской цепи. 4.Продолжение цепи ДНК происходит в направлении от 5’- к 3’-концу: каждый новый нуклеотид присоединяется лишь к 3’-концу растущей цепи; 5. У еукариот удвоение ДНК осуществляется во многих местах, то есть одновременно существует много точек начала репликации; 6. Образованию каждого фрагмента, как длинного, так и короткого, предшествует синтез короткой последовательности (10-15 нуклеотидов) РНК-затравки, которая потом заменяется на последовательности нуклеотидов ДНК.

Для синтеза дочерней ДНК необходимы такие факторы:

1.ДНК-матрица;

2.Праймер – олигорибонуклеотид (последовательность РНК);

3.Ферменты: а)ДНК-полимераза (у еукариот - α-, β-, γ- ,δ-, ε-формы) ; у прокариот ДНК-полимераза 1 (фермент Корнберга), ДНК-полимераза II, ДНК-полимераза III. б) гираза (топоизомераза); в) хеликаза; г) праймаза; д) лигаза; е) эндонуклеаза;

4. Строительный и энергетический материал: трифосфаты нуклеозидов: для ДНК - дезокси-АТФ, дезокси-ГТФ, дезокси-ЦТФ, ТТФ; для РНК-праймера - АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ;

5.ДНК-связывающие (SSB) белки;

6.Ионы Мg2+, Zn2+

Характеристика ферментов:

1.ДНК-полимеразы I, II, III – у прокариот, как и α, β, γ, δ, ε-ДНК-полимеразы эукариот обладают суперточностью копирования и ориентируют присоединение нуклеотида к 3’ОН-группы. Однако эти ферменты не распознают начало копирования и синтезируют цепь лишь в направлении 5’>3’.

У прокариот: ДНК-полимераза І катализирует ощепление праймера, ДНК- полимераза ІІ участвует в репарации, то есть исправляет ошибки в цепях ДНК. ДНК-полимераза ІІІ синтезирует главную часть дочерних цепей ДНК.

У эукариот: δ-ДНК-полимераза синтезирует лидирующую цепь; α-ДНК- полимераза - отстающую цепь; γ-ДНК-полимераза участвует в синтезе ДНК митохондрий; β- и ε-ДНК-полимеразы обладают репарационной способностью.

2.Топоизомеразы уменьшают степень спирализации ДНК (число витков суперспирали) путем временного одноцепочечного (топоизомераза I) или двуцепочечного надрезываний (топоизомераза II, или ДНК-гираза), проведения через образованный разрыв другого сегмента и воссоединения цепи в месте разрыва). В результате целостность цепей сохраняется, но их взаимное расположение изменяется.

3.ДНК-хеликаза расплетает двойную спираль ДНК, разрушая водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями ДНК.

4. Праймаза (ДНК-зависимая РНК-полимераза) синтезирует праймер (олигорибонуклеотид), который потом вырезается и заменяется соответствующим олигодезоксирибонуклеотидом.

5.Лигаза сшивает фрагменты Оказаки.

6. Эндонуклеаза (рестриктазы) разрезает ДНК в середине цепи на фрагменты (репликоны) до 100000 нуклеотидов, которые будут удваиваться.