Инициация

Хромосома прокариот чаще всего представлена единичной суперскрученной кольцевой молекулой с одним или двумя сайтами начала репликации. Для того чтобы каждая из двух цепей ДНК стала матрицей, для синтеза новой цепи, необходимо, чтобы нити ДНК расправились и отошли друг от друга. Установлено, что цепи ДНК раскручиваются не по всей длине, а на коротком участке. Здесь образуется вилка репликации - место удвоения ДНК.

При расплетении ДНК происходит вращение молекулы - изменение вторичной и третичной структур. Эти процессы катализирует группа ферментов, называемых топоизомеразами. Они вносят одно и двуцепочечные разрывы в ДНК, что позволяет молекуле нуклеиновой кислоты вращаться и становиться матрицей. По механизму действия различают топоизомеразы первого (I) и второго (II) типов.

На расплетенный участок родительской молекулы ДНК, с которого начинается репликация и который называется точкой начала репликации (или ориджином, oriС) «садятся» инициаторные белки. Инициация репликации в oriC начинается с формирования комплекса, в который входят шесть белков DnaA, DnaB, DnaC, HU, гираза и SSB.

Сначала с девятинуклеотидной последовательностью связываются белки DnaA, которые формируют большой агрегат. ДНК ориджина опоясывает его, и цепи ДНК разъединяются в области трех 13-членных последовательностей. На следующем этапе присоединяются белки DnaB (хеликаза) и DnaC, формируя агрегат размером 480 кДа, с радиусом 6 нм. Хеликаза/DnaB обеспечивает разрыв водородных связей между азотистыми основаниями в двойной цепи ДНК, приводя к ее денатурации, т.е. расхождению нитей.

В результате выпрямления и денатурации двойной спирали ДНК формируется вилка репликации, имеющая Y-образную форму (рис). Именно в этой репликационной вилке ДНК-полимеразы синтезируют дочерние молекулы ДНК. Такой участок ДНК выглядит как пузырек или «глазок» в нереплицированной ДНК. Репликационные «глазки» образуются в тех местах, где находятся точки начала репликации. Когда цепи ДНК разъединены, молекула становится довольно подвижной. Все возможные нарушения в структуре одиночных цепей исключаются благодаря действию белков SSВ (single-strand DNA-bindingproteins или helix-destabilizingproteins), которые, связываясь с, одиночными цепями ДНК, препятствуют их слипанию.