Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

різними кольорами), лігує пошкоджений ланцюжок ДНК.

У різних процесах, що відбуваються в клітині, наприклад, рекомбінації і репарації беруть участь ферменти, здатні розрізати і відновлювати цілісність ланцюжків ДНК. Ферменти, що розрізають ДНК, носять назву нуклеаз. Нуклеази, які гідролізують нуклеотиди на кінцях молекули ДНК, називаються екзонуклеазами, а нуклеази, що розрізають ДНК усередині ланцюга — ендонуклеазами. Нуклеази, що найчастіше використовуються в молекулярній біології і генній інженерії входять до класу рестриктаз, які розрізають ДНК біля специфічних послідовностей. Наприклад, фермент EcoRV (рестрикційний фермент № 5 бактерії E. coli) розпізнає шестинуклеотидну послідовність 5'-GAT|ATC-3' й розрізає ДНК у місці, вказаному вертикальною лінією. У природі ці ферменти захищають бактерії від зараження бактеріофагами, розрізаючи ДНК фага, коли вона вводиться в клітину бактерії. Власна ДНК бектерії захищена від рестриктаз за допомогою метилювання. У цьому випадку нуклеази — частина рестрикційно-модифікаційної системи[85].

ДНК-лігази зшивають цукрофосфатні остови молекул ДНК, використовуючи енергію АТФ. Вони особливо важливі в процесах реплікації ланцюжка, що запізнюється, з'єднуючи між собою фрагменти Окадзакі. Крім того вони використовуються в репарації ДНК і гомологічній рекомбінації[86]. У лабораторних дослідженнях лігази широко використовуються в клонуванні і фінґерпринтингу.  

Полімерази

Інша важлива для метаболізму ДНК група ферментів синтезує ланцюжки полінуклеотидів з нуклеозидтрифосфатів, це  — полімерази

Вони додають нуклеотиди до 3'-гідроксильної групи попереднього нуклеотиду в ланцюжку ДНК, тому всі полімерази працюють у напрямі 5' -> 3' [87]. У активному центрі цих ферментів субстрат — нуклеозидтрифосфат — злучається з комлементарною основою у складі одноланцюжкового полінуклеотидного ланцюжка — матриці.

У процесі реплікації ДНК, ДНК-залежна ДНК-полімераза синтезує копію початкової послідовності ДНК. Точність дуже важлива в цьому процесі, оскільки помилки полімеризації приведуть до мутацій, тому багато полімераз мають здатність до «редагування» — виправлення помилок. Полімераза дізнається про помилки в синтезі за відсутністю спаровування між неправильними нуклеотидами. Після визначення відсутності спаровування активується 3' -> 5' екзонуклеазна активність полімерази й неправильна основа вилучається[88]. У більшості організмів ДНК-полімерази працюють у вигляді великого комплексу, у що називається в бактерій реплісомою. Вона містить численні додаткові субодиниці, наприклад, гелікази[89].

РНК-залежні ДНК-полімерази (зворотні транскриптази) — спеціалізований тип полімераз, які копіюють послідовність РНК на ДНК. До цього класу ферментів належить вірусна зворотня транскриптаза, яка використовується ретровірусами при інфекції клітин, а також теломераза, необхідна для реплікації теломер[90]. Теломераза — РНК-білковий комплекс, що містить власну матричну РНК, яка й використовується для зворотньої транскрипції[38].

Транскрипція здійснюється ДНК-залежною РНК-полімеразою, яка копіює послідовність ДНК одного ланцюжка на мРНК. На початку транскрипції гену РНК-полімераза приєднується до послідовності на початку гена, промотором, і розплітає спіраль ДНК. Потім вона копіює послідовність гену на матричну РНК доти, доки не дійде до ділянки ДНК в кінці гена — термінатора, де вона зупиняється і від'єднується від ДНК. Окрім того, ДНК-залежна ДНК-полімераза людини, РНК-полімераза II, яка транскрибує більшу частину генів людини, працює у складі великого білкового комплексу, що містить регуляторні й додаткові субодиниці[91].

Генетична рекомбінація

Рекомбінація відбувається в результаті фізичного розриву в хромосомах (М) і (F) і подальшого з'єднання в іншому порядку з утворенням двох нових хромосом (C1 and C2)

Подвійна спіраль ДНК зазвичай не взаємодіє з іншими сегментами

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14