DNS polimeráz típusok, funkció és szerkezet



az DNS-polimeráz egy olyan enzim, amely felelős a DNS új szálának polimerizációjának katalizálásáért a molekula replikációja során. Fő funkciója a dezoxiribonukleotid-trifoszfátok és a sablon láncnak. Részt vesz a DNS javításában is.

Ez az enzim lehetővé teszi a penészlánc DNS-bázisainak és az újnak a megfelelő illeszkedését, követve az A-sémát a T-vel és G-vel C-vel..

A DNS-replikációs folyamatnak hatékonynak kell lennie, és gyorsan végre kell hajtania, így a DNS-polimeráz körülbelül 700 nukleotid / másodperc hozzáadásával jár el, és minden 10-ben csak hiba lép fel.9 vagy 1010 beágyazott nukleotidok.

Különböző típusú DNS-polimerázok vannak. Ezek mind az eukariótákban, mind a prokariótákban különböznek, és mindegyikük specifikus szerepet játszik a DNS replikációjában és javításában..

Lehetséges, hogy az evolúcióban előforduló első enzimek közül az egyik polimeráz, mivel a genom pontos replikációjának képessége a szervezet fejlődésének alapvető követelménye..

Ennek az enzimnek a felfedezését Arthur Kornberg és munkatársai tulajdonítják. Ez a kutató 1956-ban azonosította a DNS-polimeráz I-et (Pol I) Escherichia coli. Hasonlóképpen Watson és Crick javasolta, hogy ez az enzim a DNS-molekula hűséges példányait nyújthassa.

index

  • 1 Típus
    • 1.1 Prokarióták
    • 1.2 Eukarióták
    • 1.3 Ívek
  • 2 Funkciók: DNS replikáció és javítás
    • 2.1 Mi a DNS replikáció?
    • 2.2 Reakció
    • 2.3 A DNS-polimerázok tulajdonságai
    • 2.4 Okazaki töredékei
    • 2.5 DNS-javítás
  • 3 Szerkezet
  • 4 Alkalmazások
    • 4.1
    • 4.2 Antibiotikumok és daganatellenes szerek
  • 5 Referenciák

típus

prokarióták

A prokarióta organizmusok (valódi magot nem tartalmazó, membrán által határolt organizmusok) három fő DNS-polimerázzal rendelkeznek, amelyeket általában pol I, II és III..

A DNS polimeráz részt vesz a DNS replikációjában és javításában, és mindkét irányban exonukleáz aktivitással rendelkezik. Úgy véljük, hogy az enzim szerepe a replikációban másodlagos.

A II. Rész részt vesz a DNS javításában, és exonukleáz aktivitása 3'-5 'irányban van. A III részt vesz a DNS replikációjában és felülvizsgálatában, és az előző enzimhez hasonlóan az exonukleáz aktivitás 3'-5 'irányban van.

eukarióta

Az eukariótáknak (valódi maggal rendelkező, membrán által határolt szervezeteknek) öt DNS-polimeráz van, amelyek görög ábécé betűivel vannak jelölve: α, β, γ, δ és ε.

A γ-polimeráz a mitokondriumokban található, és felelős a genetikai anyag replikációjáért ebben a celluláris organellában. Ezzel szemben a másik négy megtalálható a sejtek magjában, és részt vesznek a nukleáris DNS replikációban.

Az α, δ és ε variánsok a leginkább aktívak a sejtosztódás folyamatában, ami arra utal, hogy fő funkciójuk a DNS-másolatok előállításához kapcsolódik..

A DNS-polimeráz β viszont a nem osztódó sejtek aktivitásának csúcsait mutatja be, ezért feltételezzük, hogy a fő funkciója a DNS javításához kapcsolódik..

A különböző kísérletek igazolták, hogy a DNS-replikációval főként a α, δ és ε polimerázokat társítják. A γ, δ és ε típusok 3'-5 'exonukleáz aktivitást mutatnak.

archaea

A szekvenálás új módszerei számos DNS-polimerázcsaládot azonosítottak. Az archaea-ban kifejezetten olyan enzimcsaládot azonosítottunk, amelyet a D-családnak nevezünk, és amelyek egyediek az adott szervezetcsoportnak..

Funkciók: DNS replikáció és javítás

Mi a DNS replikáció?

A DNS a molekula, amely a szervezet összes genetikai információját hordozza. Cukorból, nitrogénbázisból (adenin, guanin, citozin és timin) és foszfátcsoportból áll..

Az állandóan előforduló sejtosztódási folyamatok során a DNS-t gyorsan és pontosan kell átmásolni - specifikusan a sejtciklus S fázisában. Ez a folyamat, ahol a sejtek a DNS-t replikálják.

Strukturálisan a DNS-molekulát két szál alkotja, amelyek hélixet alkotnak. A replikációs folyamat során ezek elkülönülnek, és mindegyikük egy új molekula kialakulásának temperamentuma. Így az új szálak a sejtosztódási folyamat során a lányok sejtjeihez jutnak.

Mivel az egyes szálak temperáltak, azt mondják, hogy a DNS-replikáció félig konzervatív - az eljárás végén az új molekula egy új szálból és egy régi szálból áll. Ezt a folyamatot 1958-ban a Meselson és Stahl kutatók ismertették az izofotók használatával.

A DNS-replikációhoz olyan enzimsorozat szükséges, amely katalizálja a folyamatot. Ezek közül a fehérjemolekulák közül kiemelkedik a DNS-polimeráz.

reakció

A DNS-szintézis előfordulásához az eljáráshoz szükséges szubsztrátok szükségesek: a dezoxiribonukleotid-trifoszfátok (dNTP)

A reakció mechanizmusa magában foglalja a hidroxilcsoport nukleofil támadását a növekvő szál 3 'végénél a komplementer dNTP alfa-foszfátjában, kiküszöbölve a pirofoszfátot. Ez a lépés nagyon fontos, mivel a polimerizáció energiája a dNTP és a kapott pirofoszfát hidrolíziséből származik..

A pol III vagy az alfa csatlakozik az elsőhez (lásd a polimerázok tulajdonságait) és elkezdi hozzáadni a nukleotidokat. Az epsilon megnyújtja a vezető láncot, és a delta megnyújtja a késleltetett szálat.

A DNS-polimerázok tulajdonságai

Minden ismert DNS-polimeráz két lényeges tulajdonsággal rendelkezik, amelyek a replikációs folyamathoz kapcsolódnak.

Először az összes polimeráz 5'-3 'irányban szintetizálja a DNS-szálat, és hozzáadja a dNTP-t a növekvő lánc hidroxilcsoportjához..

Másodszor, a DNS-polimerázok nem tudnak új láncot szintetizálni semmiből. Szükségük van egy további elemre, amelyet primernek vagy primernek neveznek, amely egy olyan molekula, amelyet néhány nukleotid képez, amely szabad hidroxilcsoportot képez, ahol a polimeráz horgonyozhat és megkezdheti tevékenységét.

Ez az egyik alapvető különbség a DNS és az RNS polimerázok között, mivel ez utóbbi képes egy lánc szintézisének megindítására de novo.

Okazaki töredékei

Az előző részben említett DNS-polimerázok első tulajdonsága a félvezető replikáció komplikációja. Mivel a DNS két szálja párhuzamosan fut, az egyikük szekvenciálisan szintetizálódik (amelyet 3'-5 'irányban kell szintetizálni).

A késleltetett szálban a folyamatos szintézis a polimeráz, az 5'-3 'normális aktivitása révén történik, és a kapott szakirodalomban Okazaki-fragmensekként ismert fragmensek egy másik enzim, ligáz.

DNS-javítás

A DNS állandóan ki van téve az endogén és exogén tényezőknek, amelyek károsíthatják azt. Ezek a károsodások blokkolhatják a replikációt és felhalmozódhatnak, így befolyásolják a gének expresszióját, és problémákat okoznak a különböző sejtes folyamatokban..

A DNS-replikációs folyamatban betöltött szerepe mellett a polimeráz a DNS-javító mechanizmusok kulcseleme. A sejtciklusban érzékelőként is működhetnek, amelyek megakadályozzák a megosztási fázisba való belépést, ha a DNS sérült.

struktúra

Jelenleg a kristálytani vizsgálatoknak köszönhetően különböző polimerázok szerkezetét lehetett megvilágítani. Elsődleges szekvenciájuk alapján a polimerázokat családokba csoportosítjuk: A, B, C, X és Y.

Néhány szempont közös az összes polimerázra, különösen az enzim katalitikus központjaira.

Ezek közé tartoznak a két kulcsfontosságú, fémionokat tartalmazó két hely, két aszpartátmaradék és egy változó maradék - vagy aszpartát vagy glutamát, amely koordinálja a fémeket. Van még egy sor töltésű maradék, amely körülveszi a katalitikus centrumot és konzerválódik a különböző polimerázokban.

Prokariótákban a DNS-polimeráz I egy 103 kd-os polipeptid, a II egy 88 kd-os polipeptid, a III pedig 10 alegységből áll..

Az eukariótákban az enzimek nagyobbak és bonyolultabbak: α-t öt egység, β és γ képez egy alegység, δ két alegység, és ε 5-ével..

alkalmazások

PRC

A polimeráz láncreakció (PRC) az összes molekuláris biológiai laboratóriumban alkalmazott módszer, az alkalmazás és az egyszerűség révén. Ennek az eljárásnak az a célja, hogy masszívan erősítsen egy érdekes DNS-molekulát.

Ennek érdekében a biológusok olyan DNS-polimerázt használnak, amelyet a hő nem károsít (a magas hőmérsékletek nélkülözhetetlenek a folyamathoz) a molekula amplifikálásához. Ennek a folyamatnak az eredménye a DNS-molekulák nagy száma, amelyek különböző célokra használhatók.

A technika egyik legjelentősebb klinikai eszköze az orvosi diagnózis alkalmazása. A KNK-t használhatjuk a kórokozó baktériumok és vírusok jelenlétének ellenőrzésére a betegekben.

Antibiotikumok és daganatellenes szerek

Jelentős számú gyógyszer célja a DNS-replikáció mechanizmusainak a patogén szervezetben történő lecsökkentése, legyen szó vírusról vagy baktériumról..

Néhány esetben a cél a DNS-polimeráz-aktivitás gátlása. Például a citarabin, más néven citozin-arabinosid nevű kemoterápiás gyógyszer leállítja a DNS-polimerázt.

referenciák

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Essential sejtbiológia. Garland tudomány.
  2. Cann, I. K. és Ishino, Y. (1999). Archaeal DNS replikáció: a darabok azonosítása a puzzle megoldásához. genetika, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M. és Hausman, R. E. (2004). A sejt: Molekuláris megközelítés. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., és Bebenek, K. (2007). A DNS polimerázok több funkciója. Kritikus értékelés a növénytudományokban, 26(2), 105-122.
  5. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K. és Kunkel, T. A. (2003). Az eukarióta DNS polimerázok funkciói. Tudomány SAGE KE, 2003(8), 3.
  6. Steitz, T. A. (1999). DNS-polimerázok: strukturális sokféleség és közös mechanizmusok. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395-17398.
  7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G. és Wilson, S. H. (2013). A DNS-polimeráz-architektúra strukturális összehasonlítása azt sugallja, hogy a nukleotid-átjáró a polimeráz aktív helyhez kapcsolódik. Kémiai értékelés, 114(5), 2759-74.