DNA-polymeraasityypit, toiminta ja rakenne



DNA-polymeraasi on entsyymi, joka on vastuussa uuden DNA-juosteen polymeroinnin katalysoinnista tämän molekyylin replikaation aikana. Sen päätehtävänä on sovittaa deoksiribonukleotiditrifosfaatit templaattiketjun vastaaviin. Se osallistuu myös DNA-korjaukseen.

Tämä entsyymi sallii oikean vastaavuuden muotiketjun DNA-emästen ja uuden välillä, joka seuraa A: n kaavion kaavoja T: llä ja G: llä C: llä..

DNA-replikaatioprosessin on oltava tehokas ja se on suoritettava nopeasti, joten DNA-polymeraasi vaikuttaa lisäämällä noin 700 nukleotidia sekunnissa ja tekee vain virheen joka kymmenes.9 tai 1010 upotetut nukleotidit.

DNA-polymeraasia on erilaisia. Nämä vaihtelevat sekä eukaryooteissa että prokaryooteissa, ja kullakin on erityinen rooli DNA: n replikaatiossa ja korjauksessa..

On mahdollista, että yksi ensimmäisistä evoluutiossa esiintyvistä entsyymeistä on ollut polymeraaseja, koska kyky replikoida genomi tarkasti on olennainen edellytys organismien kehitykselle..

Tämän entsyymin löytäminen johtuu Arthur Kornbergista ja hänen kollegoista. Tämä tutkija tunnisti DNA-polymeraasin I (Pol I) vuonna 1956 työskennellessään Escherichia coli. Samoin Watson ja Crick ehdottivat, että tämä entsyymi voisi tuottaa uskollisia kopioita DNA-molekyylistä.

indeksi

  • 1 tyypit
    • 1.1 Prokaryootit
    • 1.2 Eukaryootit
    • 1.3 Kaaret
  • 2 Toiminnot: DNA: n replikointi ja korjaus
    • 2.1 Mikä on DNA-replikaatio?
    • 2.2 Reaktio
    • 2.3 DNA-polymeraasien ominaisuudet
    • 2.4 Okazakin fragmentit
    • 2.5 DNA-korjaus
  • 3 Rakenne
  • 4 Sovellukset
    • 4.1 Kiinan kansantasavalta
    • 4.2 Antibiootit ja syöpälääkkeet
  • 5 Viitteet

tyyppi

prokaryooteissa

Prokaryoottisilla organismeilla (organismeilla, joilla ei ole todellista ydintä, rajattu kalvo) on kolme pää-DNA-polymeraasia, joita lyhennetään yleisesti pol I, II ja III.

DNA-polymeraasi I osallistuu DNA: n replikaatioon ja korjaukseen ja sillä on eksonukleaasiaktiivisuus molempiin suuntiin. Katsotaan, että tämän entsyymin rooli replikaatiossa on toissijainen.

II osallistuu DNA-korjaukseen ja sen eksonukleaasiaktiivisuus on 3'-5'-suunnassa. III osallistuu DNA: n replikointiin ja tarkistamiseen, ja kuten edellinen entsyymi, esittelee eksonukleaasiaktiivisuus 3'-5'-suuntaan.

eukaryoottisia

Eukaryooteilla (organismeilla, joilla on todellinen ydin, rajattu kalvolla) on viisi DNA-polymeraasia, jotka on merkitty kreikkalaisten aakkosien kirjaimilla: α, β, γ, δ ja ε.

Y-polymeraasi sijaitsee mitokondrioissa ja on vastuussa geneettisen materiaalin replikoinnista tässä solun organellissa. Sitä vastoin neljä muuta löytyvät solujen ytimestä ja ovat mukana ydin-DNA-replikaatiossa.

A-, 5- ja e-variantit ovat aktiivisimpia solunjakautumisprosessissa, mikä viittaa siihen, että niiden päätehtävä liittyy DNA-kopioiden tuotantoon.

Toisaalta DNA-polymeraasi β esittää aktiivisuuksien huippuja soluissa, jotka eivät ole jakautuvia, miksi oletetaan, että sen päätehtävä liittyy DNA: n korjaukseen..

Eri kokeissa on pystytty varmistamaan hypoteesi, että ne liittävät pääasiassa polymeraaseja α, δ ja ε DNA: n replikaation kanssa. Tyypeillä y, 8 ja e on 3'-5'-eksonukleaasiaktiivisuus.

archaea

Uudet sekvensointimenetelmät ovat onnistuneet tunnistamaan suuren joukon DNA-polymeraasien perheitä. Erityisesti arkkitehtuurissa olemme tunnistaneet entsyymiryhmän, jota kutsutaan D-perheeksi ja jotka ovat ainutlaatuisia tälle organismiryhmälle..

Toiminnot: DNA: n replikaatio ja korjaus

Mikä on DNA-replikaatio?

DNA on molekyyli, joka kuljettaa koko organismin geneettistä tietoa. Se koostuu sokerista, typpipitoisesta emäksestä (adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini) ja fosfaatti- \ t.

Solujen jakautumisprosessissa, jotka ovat jatkuvasti esiintyviä, DNA on kopioitava nopeasti ja tarkasti - spesifisesti solusyklin S-vaiheessa. Tämä prosessi, jossa solu kopioi DNA: ta tunnetaan replikaatioksi.

Rakenteellisesti DNA-molekyyli muodostuu kahdesta säikeestä, jotka muodostavat kierteen. Replikointiprosessin aikana nämä erotetaan toisistaan ​​ja kukin toimii temperamenttina uuden molekyylin muodostamiseksi. Siten uudet säikeet siirtyvät tyttärisoluille solunjakautumisprosessissa.

Koska jokainen juoste on karkaistu, sanotaan, että DNA: n replikaatio on puolisäteilevä - prosessin lopussa uusi molekyyli koostuu uudesta juosteesta ja vanhasta juosteesta. Tätä prosessia kuvailivat 1958 tutkijat Meselson ja Stahl käyttäen isofotoja.

DNA-replikaatio vaatii useita entsyymejä, jotka katalysoivat prosessia. Näistä proteiinimolekyyleistä DNA-polymeraasi erottuu.

reaktio

DNA-synteesiä varten tarvitaan tarvittavat prosessin substraatit: deoksiribonukleotiditrifosfaatit (dNTP)

Reaktion mekanismi käsittää hydroksyyliryhmän nukleofiilisen hyökkäyksen kasvavan juosteen 3'-päässä komplementaarisen dNTP: n alfa-fosfaatissa, jolloin pyrofosfaatti poistetaan. Tämä vaihe on erittäin tärkeä, koska polymeroinnin energia saadaan dNTP: n ja tuloksena olevan pyrofosfaatin hydrolyysistä..

Pol III tai alfa liittyvät ensimmäiseen (katso polymeraasien ominaisuudet) ja alkaa lisätä nukleotideja. Epsilon pidentää johtoketjua ja delta pidentää viivästettyä juosetta.

DNA-polymeraasien ominaisuudet

Kaikilla tunnetuilla DNA-polymeraaseilla on kaksi replikointiprosessiin liittyviä olennaisia ​​ominaisuuksia.

Ensinnäkin kaikki polymeraasit syntetisoivat DNA-juosteen 5'-3'-suuntaan lisäämällä dNTP: tä kasvavan ketjun hydroksyyliryhmään.

Toiseksi, DNA-polymeraasit eivät voi alkaa syntetisoida uutta ketjua mikään. He tarvitsevat lisäelementin, joka tunnetaan alukkeena tai alukkeena, joka on muutaman nukleotidin muodostama molekyyli, joka antaa vapaan hydroksyyliryhmän, jossa polymeraasi voi ankkuroida ja aloittaa sen aktiivisuuden.

Tämä on yksi perus- eroista DNA: n ja RNA-polymeraasien välillä, koska jälkimmäinen kykenee aloittamaan ketjun synteesin de novo.

Okazakin fragmentit

Edellisessä osassa mainittujen DNA-polymeraasien ensimmäinen ominaisuus on monimutkainen puolisonservatiiviseen replikaatioon. Kun DNA: n kaksi säikettä juoksevat antiparalleen, yksi niistä syntetisoidaan epäjatkuvalla tavalla (joka olisi syntetisoitava 3'-5'-suuntaan).

Viivästetyssä juosteessa epäjatkuva synteesi tapahtuu polymeraasin, 5'-3 ', normaalin aktiivisuuden avulla, ja tuloksena olevat fragmentit, jotka tunnetaan kirjallisuudessa Okazaki-fragmenteiksi, sitovat toisen entsyymin, ligaasin.

DNA-korjaus

DNA altistuu jatkuvasti sekä endogeenisille että eksogeenisille tekijöille, jotka voivat vahingoittaa sitä. Nämä vauriot voivat estää replikaation ja kerääntyä siten, että ne vaikuttavat geenien ilmentymiseen ja aiheuttavat ongelmia erilaisissa soluprosesseissa..

DNA-replikaatioprosessissaan olevan roolinsa lisäksi polymeraasi on myös DNA-korjausmekanismien keskeinen osa. Ne voivat toimia myös solusyklin antureina, jotka estävät pääsyn jakovaiheeseen, jos DNA on vaurioitunut.

rakenne

Tällä hetkellä kristallografian tutkimusten ansiosta on voitu selvittää eri polymeraasien rakenteet. Polymeraasit ryhmitellään niiden ensisijaisen sekvenssin perusteella perheisiin: A, B, C, X ja Y.

Jotkin näkökohdat ovat yhteisiä kaikille polymeraaseille, erityisesti niille, jotka liittyvät entsyymin katalyyttisiin keskuksiin.

Näitä ovat kaksi keskeistä aktiivista kohtaa, joissa on metalli-ioneja, kaksi aspartaattijäännöstä ja muuttuva jäännös - joko aspartaatti tai glutamaatti, joka koordinoi metalleja. On toinen sarja ladattuja tähteitä, jotka ympäröivät katalyyttistä keskusta ja ovat konservoituneita eri polymeraaseissa.

Prokaryooteissa DNA-polymeraasi I on 103 kd: n polypeptidi, II on 88 kd: n polypeptidi ja III koostuu kymmenestä alayksiköstä.

Eukaryooteissa entsyymit ovat suurempia ja monimutkaisempia: a muodostuu viidestä yksiköstä, β ja γ alayksiköstä, δ kahdesta alayksiköstä ja ε 5: stä..

sovellukset

PRC

Polymeraasiketjureaktio (PRC) on menetelmä, jota käytetään kaikissa molekyylibiologian laboratorioissa sen käyttökelpoisuuden ja yksinkertaisuuden ansiosta. Tämän menetelmän tavoitteena on monistaa monipuolisesti kiinnostava DNA-molekyyli.

Tämän saavuttamiseksi biologit käyttävät DNA-polymeraasia, jota lämpö ei vahingoita (korkeat lämpötilat ovat välttämättömiä tämän prosessin kannalta) molekyylin monistamiseksi. Tämän prosessin tuloksena on suuri määrä DNA-molekyylejä, joita voidaan käyttää eri tarkoituksiin.

Yksi tekniikan merkittävimmistä kliinisistä apuohjelmista on sen käyttö lääketieteellisessä diagnoosissa. Kiinan kansantasavallasta voidaan tarkistaa patogeenisten bakteerien ja virusten esiintyminen potilailla.

Antibiootit ja syöpälääkkeet

Merkittävä määrä lääkkeitä on tarkoitettu DNA: n replikaation mekanismien katkaisemiseen patogeenisessä organismissa, olipa kyseessä sitten virus tai bakteeri.

Joissakin tämän tavoitteen kohteena on DNA-polymeraasiaktiivisuuden estäminen. Esimerkiksi kemoterapeuttinen lääke sytarabiini, jota kutsutaan myös sytosiiniarabinosidiksi, poistaa DNA-polymeraasin käytöstä.

viittaukset

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
  2. Cann, I. K., ja Ishino, Y. (1999). Archaeal-DNA-replikaatio: palojen tunnistaminen palapelin ratkaisemiseksi. genetiikka, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M., ja Hausman, R. E. (2004). Solu: Molekyylinen lähestymistapa. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). DNA-polymeraasien useita toimintoja. Kriittiset arvioinnit kasvitieteissä, 26(2), 105 - 122.
  5. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., ja Kunkel, T. A. (2003). Eukaryoottisten DNA-polymeraasien toiminnot. Tiedon SAGE KE, 2003(8), 3.
  6. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymeraasit: rakennemuutos ja yhteiset mekanismit. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395 - 17398.
  7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., & Wilson, S. H. (2013). DNA-polymeraasiarkkitehtuurin rakenteellinen vertailu viittaa nukleotidi- yhdyskäytävään polymeraasiaktiiviseen kohtaan. Kemialliset arviot, 114(5), 2759 - 74.