Голофермент ДНК-полімерази

Голофермент ДНК-полімерази, який є основою реплісоми, містить дві молекули ДНК-полімерази ІІІ (по три субодиниці в кожній – корфермент), дві копії τ-білка, γ-комплекс (п’ять субодиниць) та два β-білка, зв’язані з кожною полімеразою. Призначення компонентів голоферменту – утримання разом і забезпечення координації роботи компонентів реплісоми, підвищення процесивності ДНК-полімерази.

Проблема процесивності вирішується β-білком, який утворює так званий обруч (зажим), що ковзає (sliding clamp). Дві однакові субодиниці обруча, міцно взаємодіючи за принципом «голова до хвоста», утворюють циркулярну тороподібну структуру з отвором приблизно 35 Å у діаметрі (рис. 14). Усередині такого кільця легко розміщується подвійна спіраль ДНК, яка практично не взаємодіє з β-білком. Кільце може вільно рухатись уздовж ДНК, але не може дисоціювати. С-кінцевий гідрофобний хвіст ДНК-полімерази ІІІ довжиною 11 амінокислот взаємодіє з гідрофобним карманом обруча. У результаті формується своєрідний поводок, що допускає певну свободу рухів полімерази, але міцно утримує її на ДНК.

Рис. 14. Обруч, що ковзає, – бактеріальний β-білок (2POL).

Оскільки обруч – білкове кільце, що оточує ДНК, його завантаження на подвійну спіраль виконується АТР-залежним шляхом, ця функція належить γ-комплексу. Відбувається завантаження на гібридній подвійній спіралі РНК-ДНК відразу після закінчення синтезу чергового праймера. γ-Комплекс, що складається з п’яти субодиниць та має U подібну структуру (рис. 15), зв’язує АТР і змінює свою конформацію таким чином, що взаємодіє з обручем, порушуючи його цілісність – розмикаючи кільце. Далі γ-комплекс впізнає дуплекс, що утворений між праймером та матрицею, забезпечуючи посадку відкритого кільця на цю подвійну спіраль. Взаємодія з дуплексом індукує АТР-азну активність γ-комплексу. У результаті гідролізу АТР γ-комплекс втрачає спорідненість до β-білка, що призводить до замикання обруча. Далі γ-комплекс знову зв’язує АТР, проте обруч має вищу спорідненість до ДНК-полімерази, ніж до γ-комплексу: обруч залишається на ДНК і взаємодіє з полімеразою та забезпечує її процесивність.

Головну структурну роль в організації реплісоми виконує τ-білок, котрий взаємодіє з ДНК-полімеразою, геліказою, праймазою та утримує на собі γ-комплекс. Численні взаємодії τ-білка забезпечують функціональну координацію між елементами реплісоми.

Рис. 15. Схема АТР-залежного завантаження обруча, що ковзає, γ-комплексом.

Дві молекули τ-білка взаємодіють між собою і кожна утримує кофермент ДНК-полімерази ІІІ, кожна з яких, у свою чергу, зв’язана з обручем (рис. 16). Одна з полімераз здійснює синтез лідируючого ланцюга, інша – фрагмента Оказакі. Обидві полімерази орієнтовані в реплісомі однаково. Оскільки вони при цьому ведуть синтез на антипаралельних ланцюгах, той, що запізнюється, утворює реверснупетлю: конфігурація реплікативної вилки нагадує тромбон.

На рис. 16 зображено момент, коли праймаза почала синтез чергового праймера, а γ-комплекс – напоготові завантажити черговий обруч. Коли полімераза, яка працює на ланцюзі, що запізнюється, завершить синтез фрагмента Оказакі (зустріне попередній фрагмент), вона втратить свій зв’язок з обручем, але збереже взаємодію з τ-білком.

Втрата спорідненості полімерази до обруча визначається одноланцюговим розривом між фрагментами Оказакі. Новий обруч буде при цьому вже завантажений на черговий праймер, полімераза зв’яжеться з ним і розпочне синтез нового фрагмента Оказакі. Обруч, який щойно втратив зв’язок із полімеразою, провзаємодіє з γ-комплексом – останній працює також і як «розвантажувач» обруча (див. рис. 15), знімаючи його з ДНК і забезпечуючи пізніше його посадку на праймер.

Рис. 16. Схема організації реплісоми.