Геліказа й білки SSB

Операція розплітання подвійної спіралі (тобто утворення реплікативної вилки) здійснюється ДНК-геліказами – АТР-залежні ферменти цього типу вже згадувались у зв’язку з транскрипцією тасплайсингом .

Основною реплікативною геліказою бактерій є білок DnaB – кільцевий комплекс шести однакових субодиниць (рис. 10). У каналі всередині кільця розміщується один полінуклеотидний ланцюг, уздовж якого відбувається транслокація гексамеру в напрямку 5′ → 3′ (тобто по ланцюгу, що запізнюється рис. 11), що й призводить до руйнування подвійної спіралі.

Шість субодиниць гелікази мають сайти зв’язування АТР, де відбувається його гідроліз. Структурні перебудови у відповідь на зв’язування та гідроліз АТР змінюють інтерфейс взаємодії з одноланцюговою ДНК, що й приводить до транслокації – на три – п’ять нуклеотидів за один акт гідролізу АТР.

Рис. 10. Структура реплікативної гелікази (1G8Y).

Інші реплікативні гелікази побудовані за аналогічними принципами. У розплітанні ДНК під час реплікації беруть також участь гелікази протилежного напрямку (3′ → 5′– транслокація вздовж лідируючого ланцюга), але, на відміну від DnaB, вони не є життєво необхідними. Геліказа DnaB – це невід’ємний елемент реплісоми, через інші структурні модулі воназв’язана з ДНК-полімеразами та працює в тісній координації з ними.

Швидкість розплітання ДНК окремою геліказою дорівнює ~35 нуклеотидів за секунду, швидкість руху окремої ДНК-полімерази вздовж одноланцюгової ДНК – ~1 тис. нуклеотидів за секунду, при їхньому об’єднанні сумісна швидкість реплікації становить ~750 нуклеотидів за секунду: геліказа трохи гальмує полімеразу, остання – штовхає геліказу.

Енергія гідролізу АТР використовується геліказою для здійснення енергетично невигідного процесу розплітання дуплекса. Тобто одноланцюгова ДНК, що виникає в реплікативній вилці внаслідок активності гелікази, має бути тимчасово стабілізована в одноланцюговому вигляді. Цю функцію виконують білки SSB (Single Strand Binding), які мають високу спорідненість до одноланцюгової ДНК (рис. 11).

SSB білки зв’язуються з полінуклеотидним ланцюгом кооперативно, взаємодіючи не тільки з ДНК, а й між собою. У результаті ланцюг ефективно вкривається білковою «шубою». SSB білки взаємодіють також з іншими компонентами реплісоми, підсилюючи їхню активність у тому числі активність ДНК-полімерази.

Рис. 11. Реплікативна вилка, що виникає як результат дії гелікази та підтримується SSB білками.