Bakterielles Replisom

An der Vorderseite des E. coli-Replisoms umgibt das hexamere DnaB-Protein einen DNA-Strang. Diese Helikase nutzt die Energie der ATP-Hydrolyse, um die Duplex-DNA in zwei Tochterstränge zu trennen, indem sie 5 ‚bis 3′ entlang des Strangs innerhalb ihrer zentralen Pore transloziert. Einzelstrang-DNA-bindende (SSB) Proteine beschichten jeden einzelnen Strang, um DNA-Sekundärstrukturen zu entfernen, die die Replikation behindern würden. DNA-Polymerase (Pol) III, ein Proteinkomplex auf jedem Tochterstrang, verwendet dann diese einzelsträngige DNA als Vorlage, um einen komplementären Strang zu synthetisieren. Pol III hat eine hohe Wiedergabetreue mit einer Fehlerrate von ungefähr einer Mutation für jeweils 10-5 bis 10-6 replizierte Basen. Wenn jedoch Pol III fälschlicherweise ein falsches Nukleotid enthält, entfernt eine korrekturlesende 3’bis 5‘-Exonuklease innerhalb der Polymerase das falsche Nukleotid. Die β-Klemme, ein dimerer Ring (Panel C), bindet Pol III an die DNA und sorgt dafür, dass die Polymerase an die DNA gebunden bleibt (d.h., es verleiht Pol III eine hohe Prozessivität) (Kong et al., 1992). Der Multiprotein-Clamp-Loader nutzt die Energie der ATP-Hydrolyse, um das β-Clamp-Dimer zu öffnen und anschließend um die Template-DNA zu schließen. Die τ-Untereinheiten des Clamp-Loaders enthalten an ihren C-terminalen Enden Verlängerungen, die das Replisom durch gleichzeitige Bindung von Pol III und DnaB organisieren.

Die antiparallele Struktur der DNA-Stränge erfordert, dass ein Strang (d. H. Der nacheilende Strang) in einer Reihe von 1-2 Kilobasenstücken synthetisiert wird, die als Okazaki-Fragmente (Panel D) bezeichnet werden. Um Okazaki-Fragmente zu erzeugen, transloziert Pol III entlang der DNA in die entgegengesetzte Richtung des Pol III-Komplexes auf dem führenden Strang und dem gesamten Replisom an der Replikationsgabel (d. H. Gabelprogression) (Kornberg und Baker, 1992). Dadurch entsteht eine DNA-Schleife zwischen der β-Klemme am nacheilenden Strang und der Helikase am Kopf der Replikationsgabel (Panel D, Schritt 1). Als nächstes katalysiert DnaG-Primase die Synthese eines kurzen RNA-Fragments, das als RNA-Primer bezeichnet wird, in der Nähe der Replikationsgabel (Panel D, Schritt 2) (Frick und Richardson, 2001). Der Clamp-Loader setzt dann eine neue β-Klemme um den RNA-Primer zusammen (Panel D, Schritt 3). Wenn Pol III auf dem nacheilenden Strang die Synthese des Okazaki-Fragments abschließt (oder fast abschließt), löst Pol III die Klemme und die Schleife kollabiert (Panel D, Schritt 4). Dieser Pol III-Komplex assoziiert sich dann stromaufwärts mit der neuen β-Klemme auf dem RNA-Primer und beginnt mit der Synthese des nächsten Okazaki-Fragments. Wenn dieses neue Okazaki vollständig ist, Pol I ersetzt RNA-Primer durch DNA und eine Ligase verbindet die Fragmente zu einer kontinuierlichen DNA-Kette. Dieser vierstufige Zyklus wird als „Posaunen“ -Replikationsmodell bezeichnet, da die DNA-Schleife, die sich im ersten Schritt bildet, dem Objektträger einer Posaune ähnelt (Sinha et al., 1980).