DNA-polymerasetyper, funksjon og struktur



den DNA-polymerase er et enzym som er ansvarlig for katalysering av polymerisasjonen av den nye DNA-DNA under replikasjonen av dette molekylet. Hovedfunksjonen er å matche deoksyribonukleotidtrifosfater med de i malkjedet. Det deltar også i DNA-reparasjon.

Dette enzymet tillater at riktig sammenkobling mellom baser av DNA-templat og den nye kjeden i henhold til skjema A-par med T, og G med C.

DNA-replikasjonsprosessen må være effektiv og må utføres raskt, slik at DNA-polymerasen virker ved å legge til omtrent 700 nukleotider per sekund og bare gjør en feil hver 109 eller 1010 innebygde nukleotider.

Det finnes forskjellige typer DNA-polymerase. Disse varierer i både eukaryoter og prokaryoter, og hver har en spesifikk rolle i DNA-replikasjon og reparasjon..

Det er mulig at en av de første enzymene som skal vises i evolusjon, ha vært polymeraser, siden evnen til å replikere genomet nøyaktig er et iboende krav til utvikling av organismer.

Oppdagelsen av dette enzymet tilskrives Arthur Kornberg og hans kollegaer. Denne forskeren identifiserte DNA-polymerase I (Pol I) i 1956 mens han jobbet med Escherichia coli. Tilsvarende var det Watson og Crick som foreslo at dette enzymet kunne produsere trofaste kopier av DNA-molekylet.

index

  • 1 Typer
    • 1.1 Prokaryoter
    • 1,2 eukaryoter
    • 1.3 buer
  • 2 Funksjoner: DNA-replikering og reparasjon
    • 2.1 Hva er DNA-replikasjon?
    • 2.2 Reaksjon
    • 2.3 Egenskaper av DNA-polymeraser
    • 2.4 Fragments of Okazaki
    • 2,5 DNA reparasjon
  • 3 Struktur
  • 4 applikasjoner
    • 4,1 PRC
    • 4.2 Antibiotika og antitumormidler
  • 5 referanser

typen

prokaryoter

Prokaryote organismer (organismer uten en ekte kjerne avgrenset av en membran) har de tre DNA-polymeraser, vanligvis forkortet til pol I, II og III.

DNA-polymerase I deltar i replikasjon og reparasjon av DNA og har eksonukleaseaktivitet i begge retninger. Det antas at rollen av dette enzymet i replikasjon er sekundært.

II deltar i DNA-reparasjon, og dens eksonukleaseaktivitet er i 3'-5'-retningen. III deltar i replikasjonen og revisjonen av DNA, og som det forrige enzymet presenteres eksonukleaseaktivitet i 3'-5'-retningen.

eukaryot

Eukaryotene (organismer med en ekte kjerne, avgrenset av en membran) besitter fem DNA-polymeraser, denominert med bokstaver i det greske alfabetet: α, β, γ, δ og ε.

Y-polymerasen er lokalisert i mitokondriene og er ansvarlig for replikasjonen av det genetiske materialet i denne cellulære organellen. I motsetning er de andre fire funnet i kjernen av cellene og er involvert i nukleær DNA-replikasjon.

A, δ og ε varianter er de mest aktive i prosessen med celledeling, noe som tyder på at deres hovedfunksjon er knyttet til produksjon av DNA-kopier.

DNA-polymerasen p, derimot, presenterer topper av aktivitet i cellene som ikke deles, grunnen til at det antas at dets hovedfunksjon er forbundet med reparasjon av DNA'et.

Ulike eksperimenter har vært i stand til å verifisere hypotesen om at de assosierer hovedsakelig polymeraser a, δ og ε med DNA-replikasjon. Typer y, δ og ε utviser 3'-5 'exonukleaseaktivitet.

archaea

De nye metodene for sekvensering har klart å identifisere et stort utvalg av DNA-polymeraser. I arkea har vi spesielt identifisert en familie av enzymer, kalt D-familien, som er unike for denne gruppen av organismer.

Funksjoner: DNA-replikering og reparasjon

Hva er DNA-replikasjon?

DNA er molekylet som bærer all genetisk informasjon av en organisme. Den består av sukker, en nitrogenbasert base (adenin, guanin, cytosin og tymin) og en fosfatgruppe.

Under celledeling prosesser, som stadig forekommer, må DNA kopieres raskt og nøyaktig - spesielt i S-fasen av cellesyklusen. Denne prosessen der cellen kopierer DNA, er kjent som replikasjon.

Strukturelt dannes DNA-molekylet av to tråder som danner en helix. Under replikasjonsprosessen blir disse separert, og hver av dem virker som et temperament for dannelsen av et nytt molekyl. Dermed passerer de nye strengene til datterceller i prosessen med celledeling.

Siden hver streng er herdet, sies det at DNA-replikasjon er semikonservativ - ved slutten av prosessen består det nye molekylet av en ny streng og en gammel streng. Denne prosessen ble beskrevet i 1958 av forskerne Meselson og Stahl, ved hjelp av isophotos.

DNA-replikasjon krever en rekke enzymer som katalyserer prosessen. Blant disse proteinmolekylene skiller DNA-polymerasen seg ut.

reaksjons~~POS=TRUNC

For DNA-syntese å forekomme, er nødvendige substrat for prosessen påkrevet: deoksyribonukleotidtrifosfater (dNTP)

Reaksjonsmekanismen involverer et nukleofilt angrep av hydroksylgruppen ved 3'-enden av den voksende streng i alfa-fosfat av komplementær dNTP, eliminering av et pyrofosfat. Dette trinnet er svært viktig, siden energien for polymerisasjonen kommer fra hydrolysen av dNTP og det resulterende pyrofosfat.

Pol III eller alfa forbinder den første (se egenskapene til polymerasene) og begynner å legge til nukleotidene. Epsilonen forlenger lederkjeden, og deltaet forlenger forsinket streng.

Egenskaper av DNA-polymeraser

Alle kjente DNA-polymeraser deler to viktige egenskaper assosiert med replikasjonsprosessen.

Først må alle polymeraser syntetisere DNA tråd i den 5'-3', og legger dNTP til hydroksylgruppen av den voksende kjede.

For det andre kan DNA-polymeraser ikke begynne å syntetisere en ny kjede fra ingenting. De trenger et ekstra element kjent som primer eller primer, som er et molekyl dannet av noen få nukleotider som gir en fri hydroksylgruppe, hvor polymerasen kan forankre og starte sin aktivitet.

Dette er en av de grunnleggende forskjellene mellom DNA og RNA-polymeraser, siden sistnevnte er i stand til å initiere syntesen av en kjede de novo.

Fragmenter av Okazaki

Den første egenskapen til DNA-polymerasene nevnt i det foregående avsnitt er en komplikasjon for semikonservativ replikasjon. Da de to strengene av DNA løper på en antiparallell måte, syntetiseres en av dem på en diskontinuerlig måte (som må syntetiseres i 3'-5'-retningen).

I den forsinkede streng forekommer diskontinuerlig syntese ved hjelp av polymeraseens normale aktivitet, 5'-3 ', og de resulterende fragmentene - kjent i litteraturen som Okazaki-fragmenter - er bundet av et annet enzym, ligase.

DNA reparasjon

DNA blir stadig utsatt for faktorer, både endogene og eksogene, som kan skade det. Disse skadene kan blokkere replikasjonen og akkumulere, slik at de påvirker generens uttrykk, genererer problemer i de forskjellige cellulære prosessene.

I tillegg til sin rolle i DNA-replikasjonsprosessen er polymerase også en nøkkelkomponent i DNA-reparasjonsmekanismer. De kan også fungere som sensorer i cellesyklusen som forhindrer oppføring i divisjonsfasen dersom DNAet er skadet.

struktur

For tiden, takket være studier av krystallografi, har det vært mulig å belyse strukturer av forskjellige polymeraser. Basert på deres primære sekvens grupperes polymeraser i familier: A, B, C, X og Y.

Noen aspekter er felles for alle polymeraser, spesielt de som er relatert til enzymets katalytiske sentre.

Disse inkluderer to viktige aktive steder som har metallioner, med to aspartatrester og en variabel rest - enten aspartat eller glutamat, som koordinerer metallene. Det er en annen serie ladede rester som omgir katalytisk senter og konserveres i de forskjellige polymeraser.

I prokaryoter, er DNA-polymerase I for et polypeptid av 103 kd, er den II et polypeptid av 88 kd og III består av ti subenheter.

I eukaryoter er enzymer større og mer komplekse: a er dannet av fem enheter, p og y ved en underenhet, δ av to underenheter og ε med 5..

søknader

PRC

Polymerasekjedereaksjonen (PRC) er en metode som brukes i alle molekylærbiologiske laboratorier, takket være brukbarhet og enkelhet. Målet med denne metoden er å massivt forsterke et DNA-molekyl av interesse.

For å oppnå dette, biologer bruke en DNA-polymerase som ikke er skadet av varme (for høy temperatur er avgjørende for denne prosessen) for å forsterke molekylet. Resultatet av denne prosessen er et høyt antall DNA-molekyler som kan brukes til forskjellige formål.

En av de mest fremragende kliniske verktøyene i teknikken er dens bruk i medisinsk diagnose. Kina kan brukes til å kontrollere tilstedeværelsen av patogene bakterier og virus hos pasienter.

Antibiotika og antitumor medisiner

Et betydelig antall medikamenter er rettet mot å avkorte mekanismene for DNA-replikasjon i den patogene organismen, det være seg et virus eller en bakterie.

I noen av dette er målet inhibering av DNA-polymeraseaktivitet. For eksempel deaktiverer kjemoterapeutisk medikament-cytarabin, også kalt cytosin-arabinosid, DNA-polymerase.

referanser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Nødvendig cellebiologi. Garland Science.
  2. Cann, I. K., & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA replikasjon: identifisere stykkene for å løse et puslespill. genetikk, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M., og Hausman, R. E. (2004). Cellen: Molekylær tilnærming. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funksjoner av DNA-polymeraser. Kritiske vurderinger i plantevitenskap, 26(2), 105-122.
  5. Shcherbakova, P.V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funksjoner av eukaryotiske DNA-polymeraser. Vitenskapens SAGE KE, 2003(8), 3.
  6. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymeraser: strukturell mangfold og felles mekanismer. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395-17398.
  7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L.G., og Wilson, S.H. (2013). Strukturell sammenligning av DNA-polymerasarkitektur antyder en nukleotidgateway til polymeraseaktivt sted. Kjemiske vurderinger, 114(5), 2759-74.