Replisoma batterico

Nella parte anteriore del replisoma di E. coli, la proteina DNAB esamerica circonda un filamento di DNA. Questa elicasi utilizza l’energia dell’idrolisi di ATP per separare il DNA duplex in due filamenti figlia traslocando 5′ a 3′ lungo il filo all’interno del suo poro centrale. Le proteine del DNA-legame del singolo filamento (SSB) ricoprono ogni singolo filamento per rimuovere le strutture secondarie del DNA che impedirebbero la replica. La DNA polimerasi (Pol) III, un complesso proteico su ciascun filamento figlia, utilizza quindi questo DNA a filamento singolo come modello per sintetizzare un filamento complementare. Pol III ha alta fedeltà, con un tasso di errore di circa una mutazione per ogni 10-5 a 10-6 basi replicate. Tuttavia, se Pol III incorpora erroneamente un nucleotide errato, una correzione di bozze 3′ a 5′ esonucleasi all’interno della polimerasi rimuove il nucleotide errato. Il morsetto β, un anello dimerico (pannello C), lega Pol III al DNA e assicura che la polimerasi rimanga attaccata al DNA (cioè, conferisce alta processività a Pol III) (Kong et al., 1992). Il caricatore multiproteico del morsetto usa l’energia dell’idrolisi dell’ATP per aprire il dimero del morsetto del β e successivamente chiuderlo intorno al DNA del modello. Le subunità τ del caricatore del morsetto contengono le estensioni alle loro estremità del C-terminale che organizzano il replisome collegando simultaneamente Pol III e DnaB.

La struttura antiparallela dei filamenti di DNA richiede che un filo (cioè il filo in ritardo) sia sintetizzato in una serie di pezzi di 1-2 kilobase, chiamati frammenti di Okazaki (pannello D). Per creare frammenti di Okazaki, Pol III trasloca lungo il DNA nella direzione opposta del complesso Pol III sul filamento principale e l’intero replisome alla forcella di replicazione (cioè, progressione della forcella) (Kornberg e Baker, 1992). Ciò crea un ciclo del DNA fra il morsetto del β sul filo in ritardo e l’elicasi alla testa della forcella della replica (pannello D, punto 1). Successivamente, DnaG primase catalizza la sintesi di un breve frammento di RNA, chiamato primer RNA, vicino alla forcella di replicazione (pannello D, fase 2) (Frick e Richardson, 2001). Il caricatore del morsetto poi assembla un nuovo morsetto del β intorno all’iniettore del RNA (pannello D, punto 3). Quando Pol III sul filo in ritardo completa (o quasi completa) la sintesi del frammento di Okazaki, Pol III rilascia il morsetto e il ciclo crolla (pannello D, passaggio 4). Questo complesso Pol III si associa quindi al nuovo morsetto β sul primer RNA a monte e inizia la sintesi del successivo frammento di Okazaki. Quando questo nuovo Okazaki è completo, Pol I sostituisce i primer RNA con DNA e una ligasi unisce i frammenti in una catena continua di DNA. Questo ciclo in quattro fasi è chiamato il modello di replicazione” trombone ” perché il ciclo di DNA che si forma nel primo passo assomiglia alla diapositiva di un trombone (Sinha et al., 1980).