• templát szál , mellyel meghatározza a vele komplementer új DNS szál szekvenciáját
• primer DNS vagy RNS, mely kijelöli az újonnan szintetizálódó szál kezdőpontját. A polimeráz a primer 3' végéhez kapcsolja az első beépítendő bázist. Ha nincs primer (dupla szálú rész), akkor az enzim nem képes a polimerizációt elkezdeni.
• prekurzor deoxinukleozid trifoszfátok (deoxiadenozin-trifoszfát vagy dATP, deoxicitidin-trifoszfát vagy dCTP , deoxiguanozin-trifoszfát vagy dGTP , deoxitimidin-trifoszfát vagy dTTP, mindet együttesen rövidítve: dNTP

11-22. ábra: A replikáció során a DNS polimeráz a készülő lánc 3' végéhez a templát szál szemben lévő bázisával komplementer bázist épít be egy foszfodiészter kötés kialakításával.

   Az E. coli DNS polimeráz I (pol I) nemcsak a polimerizációhoz szükséges 5'-3' polimeráz aktivitással rendelkezik, hanem egy 5'-3' exonukleáz és egy 3'-5' exonukleáz aktivitással is. Ezek a DNS lebontó aktivitások a legtöbb polimeráznál megtalálhatóak és fontos szerepük van a replikáció során (lásd később).

  E. coliban található még egy DNS polimeráz II (pol II) és egy DNS polimeráz III (pol III) enzim is. A pol II valószínüleg a javító (repair) mechanizmusokban játszik szerepet, míg a pol III a replikációt végző fő enzim.

11-21a. ábra:  A replikációs villa Az új DNS-szál mindig 5'-3' irányban szintetizálódik. Mivel a két DNS-szál  ellentétes irányultságú, ezért az egyik új szál szintézisének az iránya megegyezik a replikáció (a két szál szétnyitásának) irányával ("vezető szál" szintézise). A másik régi szállal szemben az új szál szintézise pont a replikáció (a régi szálak szétnyitásával) ellentétes irányultságú. Ez azt jelenti, hogy szakaszosan épülhet csak fel, ahogy újabb és újabb templát szál válik a haladás irányában szabaddá. Ez a "követő szál".

RNS primerek és Okazaki fragmentek

11-21b. ábra:  Az Okazaki fragmentek   Az új DNS-szál szintézise mindig egy meglévő szál szabad 3' végénél folytatódik a templát szállal szemben, tehát egy már meglévő dupla szálú szakaszt igényel. Ez a szakasz egy ún. primer (egyszálú oligonukleotid, DNS vagy RNS) révén is kialakulhat. A replikáció során a primer egy 8-12 bázis hosszú RNS molekula, amelyet a primáz enzim hoz létre.   A "követő szál" szintézise kis szakaszokban történhet csak (11-21a ábra). Ez mindig új RNS primer szintézisével kezdődik, és egy 1000-2000 bázis hosszú DNS-szakasz szintézisével folytatódik. Jelenlétüket a replikáció mechanizmusának korai vizsgálatainál kísérletesen is kimutatták. Felfedezőjük után Okazaki fragmenteknek nevezzük őket.    Az Okazaki fragmentek folyamatos szállá kapcsolásában az első lépés az RNS-primerek eltávolítása, amelyet a DNS polimeráz I enzim végez (5'-3' exonukleáz aktivitás), a második lépés pedig a két szomszédos DNS-fragment között a foszfodiészter kötés kialakítása, amelyet  a DNS-ligáz enzim (11-28. ábra).

11-28. ábra: A DNS-ligáz A DNS ligáz által katalizált reakció ATP energiájának felhasználásával helyreállítja a cukor foszfát gerinc folytonosságát (foszfodiészter kötés kialakítása). Az enzim előbb egy aktivált ligáz-AMP formává alakul, ami elég energiával rendelkezik a kovalens kötés létrehozásához.

Helikázok és topoizomerázok Már eddig is láttuk, hogy a replikációt sok fehérje segíti, melyek közvetlenül nem a DNS-szintézisben, hanem a feltételek megteremtésében vesznek részt. A helikázok a DNS két szálát összetartó hidrogénhidakat bontják, hogy kialakuljon a szabad templát szál. Olyan "gyalogló" fehérjéknek tekinthetők, amelyek a két szál közé ékelődve haladnak előre ATP felhasználásával. Ilyenenk például az E. coli DnaB és Rep fehérjék. A helikázok és a replikációs folyamat extra csavarodást okoznak a DNS spirálon. A topoizomeráz enzimek ezt "oldják" vagy egy "ellazult" DNS kettős helixbe extra csavarodásokat vihetnek be. Igy jöhet létre a "supercoiling" DNS például a DNS giráz működése következtében (lásd CCC plazmid forma). Az I. típusú topoizomeráz enzimek egy szálon képesek csak megszüntetni a cukor-foszfát gerinc folytonosságát, így a "túlcsavarodott" spirál a másik, épen maradt kötés mint tengely segítségével "kipöröghet", a feszültség megszűnik. A II. típusú topoizomeráz enzimek mindkét szálat elvágják, ezáltal a replikáció végén "összeakadt" két új DNS gyűrű szétbontását oldják meg.

11-21. ábra: A replikációban részt vevő fehérjék és a replikációs villa felépítése  (E. coli rendszer.) Az ábra térben kiterítve mutatja a replikációs villát. A valósághoz közelebbi kép a 11-30 ábrán látó. alkotóelemek: topoizomeráz helikáz SSB fehérjék primosoma, primase, DnaB, DnaC, DnaT priA, priB, priC primer DNS polimeráz III DNS polimeráz I DNS ligáz

11-30. ábra : A replikációs komplex modellje. Mindkét új szál szintézise azonos irányban halad a villa nyitásával. A követő szál templátja hurkot képez a komplexen belül, hogy ez megvalósulhasson.

Prokarióta sajátságok

A prokarióták általában egy kör alakú kromoszómával rendelkeznek, amin egy replikációs kezdőpont, az  oriC,  található. Ennek első látható bizonyítékát szolgáltatta a 11-19. és 11-20. ábrákon bemutatott kísérlet.
Az oriC lokusz  245 bp hosszú, a perctérképen 83 min. pozícióban helyezkedik el, és 3 tandem, egy irányba mutató, nagyon hasonló, 13 bp hosszú szekvencia és 4 DnaA kötőhely alkotja. Az iniciáció - kitekeredés - a DnaAfehérje kötődésével kezdődik. Ezek után épül fel a replikációs komplex (11-24 ábra).

11-24. ábra: Az E. coli oriC régiója, a replikáció elindításához szükséges szerkezeti elemek.

---