Реплікація відбувається перед початком поділу клітини, тому що кожна дочірня клітина має отримати копію наборів молекул ДНК. У цьому процесі задіяно багато ферментів, основним з яких є ДНК-полімераза.

Механізм реплікації. Реплікація починається зі зв'язування спеціалізованого ферменту з молекулою ДНК. Він роз'єднує дві нитки ДНК, руйнуючи водневі зв'язки між нітрогеновмісними основами нуклеотидів. Інші білки зв'язуються з утвореними поодинокими нитками ДНК, щоб унеможливити їхнє злипання. Далі з кожною ниткою ДНК зв'язується ДНК-полімераза: приєднує комплементарні нуклеотиди, утворюючи між ними ковалентні зв'язки (рис. 75). Основу нитки ДНК формує чергування залишків дезоксирибози та ортофосфатної кислоти. При цьому навпроти «ортофосфатного» кінця одного ланцюга розміщується «вуглеводний» кінець іншого, тобто дві нитки ДНК розташовані на протилежних полюсах. Особливість дії ДНК-полімерази полягає в тому, що вона може переміщуватися вздовж молекули ДНК й синтезувати новий ланцюг лише в одному напрямку. Через те під час розплітання спіралі ДНК один ланцюг розплітатиметься в «правильному» напрямку, а інший - у протилежному. Робота ДНК-полімерази в «правильному» напрямку триває постійно. На іншому ж ланцюзі синтез відбувається в напрямку, протилежному до напрямку розплітання. При цьому ДНК-полімераза синтезує короткий фрагмент нової нитки ДНК, потім «перестрибує» до місця розплітання, синтезує новий фрагмент, і цикл повторюється. У міру утворення фрагменти «зшиваються» спеціалізованими ферментами. Ланцюг материнської молекули, на якому безперервно синтезується новий ланцюг, називається лідируючим, а протилежний йому - ланцюгом, що запізнюється.

Рис. 75. Механізм реплікації

Оскільки молекули ДНК можуть бути досить довгими, процес реплікації, розпочатий лише з одного кінця, тривав би багато часу. Через це він розпочинається в кількох точках водночас. Від них розплітання та добудова нових ланцюгів відбуваються в обидва боки, унаслідок чого формується структура, що називається реплікативним міхуром (рис. 76). Під час «зустрічі» двох таких структур синтезовані нові ланцюги об'єднуються. Урешті-решт утворюються дві молекули ДНК, що є точними копіями материнських.

Репарація пошкоджень ДНК. Під дією різноманітних чинників молекули ДНК можуть пошкоджуватися. Оскільки це небезпечно, у клітинах існує механізм захисту. Процес відновлення цілісності структури молекули ДНК після ушкоджень називається репарацією. Репарація здійснюється за участю спеціалізованих ферментів. Якщо пошкоджено один ланцюг, то відновлення його структури відбувається за матрицею іншого, цілого. Небезпечнішими є дволанцюгові розриви, а механізми їхньої корекції - складнішими.

Рис. 76. Утворення реплікативних міхурів

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

• 1. Що таке реплікація?
• 2. Опишіть механізм реплікації.
• 3. Поясніть роль ферментів у процесі реплікації.
• 4. Обґрунтуйте біологічне значення процесу репарації.