Типови, функција и структура ДНК полимеразе

Тхе ДНА полимерасе је ензим који је одговоран за катализирање полимеризације новог ланца ДНК током репликације овог молекула. Његова главна функција је да усклади деоксирибонуклеотид трифосфате са оним из ланца шаблона. Такође учествује у поправци ДНК.

Овај ензим дозвољава коректну подударност између база ДНК ланца плијесни и новог, слиједећи схему А која се спаја с Т, а Г са Ц.

Процес репликације ДНК мора бити ефикасан и мора се обавити брзо, тако да ДНК полимераза делује додавањем око 700 нуклеотида у секунди и прави грешку сваких 10⁹ или 10¹⁰ уграђени нуклеотиди.

Постоје различите врсте ДНК полимеразе. Они се разликују и код еукариота и код прокариота, и сваки има специфичну улогу у репликацији и поправљању ДНК..

Могуће је да је један од првих ензима који су се појавили у еволуцији били полимеразе, јер је способност репликације генома тачна потреба за развој организама..

Откриће овог ензима приписује се Артуру Корнбергу и његовим колегама. Овај истраживач је 1956. године идентификовао ДНК полимеразу И (Пол И) Есцхерицхиа цоли. Слично томе, Ватсон и Црицк су предложили да овај ензим може произвести вјерне копије ДНА молекула.

Индек

• 1 Типови
  • 1.1 Прокариот
  • 1.2 Еукариоти
  • 1.3 Арцхес
• 2 Функције: репликација и поправка ДНК
  • 2.1 Шта је репликација ДНК?
  • 2.2 Реакција
  • 2.3 Својства ДНК полимераза
  • 2.4 Фрагменти Оказакија
  • 2.5 Поправка ДНК
• 3 Структура
• 4 Апплицатионс
  • 4.1 ПРЦ
  • 4.2 Антибиотици и антитуморски лекови
• 5 Референце

Типови

Прокариотес

Прокариотски организми (организми без правог језгра, ограничени мембраном) поседују три главне ДНА полимеразе, обично скраћене као пол И, ИИ и ИИИ.

ДНК полимераза И учествује у репликацији и поправљању ДНК и поседује активност ексонуклеазе у оба смера. Сматра се да је улога овог ензима у репликацији секундарна.

ИИ учествује у поправљању ДНК и његова активност ексонуклеазе је у правцу 3'-5 '. ИИИ учествује у репликацији и ревизији ДНК, и као претходни ензим, представља ексонуклеазну активност у правцу 3'-5 '.

Еукариоти

Еукариоти (организми са правим језгром, разграничени мембраном) посједују пет ДНК полимераза, означених словима грчке абецеде: α, β, γ, δ и ε.

Γ полимераза се налази у митохондрији и одговорна је за репликацију генетског материјала у овој ћелијској органелу. Насупрот томе, остале четири се налазе у језгру ћелија и укључене су у репликацију ДНК.

Варијанте α, δ и ε су најактивније у процесу ћелијске деобе, што сугерише да је њихова главна функција повезана са производњом ДНК копија.

ДНК полимераза β, с друге стране, представља пикове активности у ћелијама које се не деле, разлог зашто се претпоставља да је његова главна функција повезана са поправком ДНК.

Различити експерименти су могли да потврде хипотезу да повезују углавном полимеразе α, δ и ε са репликацијом ДНК. Типови и, 8 и ε показују активност 3'-5 'ексонуклеазе.

Арцхес

Нове методе секвенцирања успеле су да идентификују велику разноликост фамилија ДНК полимераза. У археи, конкретно, идентификовали смо фамилију ензима, названих Д породица, који су јединствени за ову групу организама..

Функције: репликација и поправка ДНК

Шта је репликација ДНК?

ДНК је молекул који носи сву генетску информацију организма. Састоји се од шећера, азотне базе (аденин, гванин, цитозин и тимин) и групе фосфата.

Током процеса дељења ћелија, који се константно јављају, ДНК се мора копирати брзо и прецизно - конкретно у С фази ћелијског циклуса. Овај процес у којем станица копира ДНК је познат као репликација.

Структурно, молекул ДНК се формира од два ланца, формирајући спиралу. Током процеса репликације, они се раздвајају и сваки делује као темперамент за формирање новог молекула. Тако, нове нити прелазе у ћерке ћелије у процесу ћелијске деобе.

Пошто је свака цједила каљена, каже се да је репликација ДНК полуконзервативна - на крају процеса, нови молекул се састоји од нове траке и старе траке. Овај процес су 1958. године описали истраживачи Меселсон и Стахл, користећи исопхотос.

Репликација ДНК захтијева низ ензима који катализирају процес. Међу овим молекулима протеина, издваја се ДНК полимераза.

Реакција

Да би дошло до синтезе ДНК, потребни су неопходни супстрати за процес: деоксирибонуклеотид трифосфати (дНТП)

Механизам реакције укључује нуклеофилни напад хидроксилне групе на 3 'крају растућег ланца у алфа фосфату комплементарног дНТП, елиминишући пирофосфат. Овај корак је веома важан, јер енергија за полимеризацију долази од хидролизе дНТП и резултујућег пирофосфата.

Пол ИИИ или алфа се придружује првом (види својства полимераза) и почиње да се додају нуклеотиди. Епсилон продужава лидерски ланац, а делта продужава одложену линију.

Својства ДНА полимераза

Све познате ДНК полимеразе имају два битна својства повезана са процесом репликације.

Прво, све полимеразе синтетишу ланац ДНК у правцу 5'-3 ', додајући дНТП у хидроксилну групу растућег ланца..

Друго, ДНК полимеразе не могу почети синтетизирати нови ланац из ничега. Потребан им је додатни елемент познат као прајмер или прајмер, који је молекул формиран од стране неколико нуклеотида који дају слободну хидроксилну групу, где полимераза може да сидри и започне своју активност.

Ово је једна од фундаменталних разлика између ДНК и РНА полимераза, јер је потоња способна да иницира синтезу ланца де ново.

Фрагменти Оказакија

Прво својство ДНА полимераза поменуто у претходном одељку је компликација за семиконзервативну репликацију. Како се два ланца ДНК одвијају антипаралелно, један од њих је синтетизован на дисконтинуиран начин (који би требало синтетизовати у правцу 3'-5 ')..

У одложеном ланцу, дисконтинуирана синтеза се одвија помоћу нормалне активности полимеразе, 5'-3 ', а резултујући фрагменти - познати у литератури као Оказаки фрагменти - везани су другим ензимом, лигазом..

ДНА репаир

ДНК је стално изложена факторима, и ендогеним и егзогеним, који га могу оштетити. Ова оштећења могу блокирати репликацију и акумулирати се, тако да утичу на експресију гена, стварајући проблеме у различитим ћелијским процесима..

Поред своје улоге у процесу репликације ДНК, полимераза је такође кључна компонента механизама за поправку ДНК. Они такође могу да делују као сензори у ћелијском циклусу који спречавају улазак у фазу поделе ако је ДНК оштећена.

Структура

Тренутно, захваљујући студијама кристалографије, било је могуће разјаснити структуре различитих полимераза. На основу њихове примарне секвенце, полимеразе су груписане у породице: А, Б, Ц, Кс и И.

Неки аспекти су заједнички за све полимеразе, посебно оне које се односе на каталитичке центре ензима.

Оне укључују два кључна активна места која имају металне јоне, са два остатка аспартата и варијабилни остатак - или аспартат или глутамат, који координира метале. Постоји још једна серија наелектрисаних остатака који окружују каталитички центар и чувају се у различитим полимеразама.

Код прокариота, ДНА полимераза И је 103 кд полипептид, ИИ је 88 кд полипептид а ИИИ се састоји од десет подјединица.

Код еукариота, ензими су већи и сложенији: α формира пет јединица, β и γ подјединицом, δ двема подјединицама, а ε 5..

Апплицатионс

ПРЦ

Ланчана реакција полимеразе (ПРЦ) је метода која се користи у свим лабораторијама молекуларне биологије, захваљујући својој корисности и једноставности. Циљ ове методе је масовно амплификовати интересантни молекул ДНК.

Да би се то постигло, биолози користе ДНК полимеразу која није оштећена топлотом (високе температуре су неопходне за овај процес) да би се молекул појачао. Резултат овог процеса је велики број ДНК молекула који се могу користити у различите сврхе.

Једна од најистакнутијих клиничких корисности ове технике је њена употреба у медицинској дијагнози. ПРЦ се може користити за проверу присуства патогених бактерија и вируса код пацијената.

Антибиотици и антитуморски лекови

Значајан број лекова је усмерен на скраћивање механизама репликације ДНК у патогеном организму, било да је у питању вирус или бактерија.

У неким од ових, циљ је инхибиција активности ДНА полимеразе. На пример, хемотерапијски лек цитарабин, такође познат као цитозин арабинозид, онемогућава ДНК полимеразу.

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, А.Д., Левис, Ј., Рафф, М., ... & Валтер, П. (2015). Основна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Цанн, И.К., & Исхино, И. (1999). Реплика ДНА археале: идентификација делова за решавање загонетке. Генетика, 152(4), 1249-67.
3. Цоопер, Г. М., & Хаусман, Р. Е. (2004). Ћелија: Молекуларни приступ. Медицинска наклада.
4. Гарциа-Диаз, М., & Бебенек, К. (2007). Вишеструке функције ДНА полимераза. Критички осврти у биљним наукама, 26(2), 105-122.
5. Схцхербакова, П. В., Бебенек, К., & Кункел, Т. А. (2003). Функције еукариотских ДНК полимераза. Сциенце'с САГЕ КЕ, 2003(8), 3.
6. Стеитз, Т.А. (1999). ДНК полимеразе: структурна разноликост и заједнички механизми. Јоурнал оф Биологицал Цхемистри, 274(25), 17395-17398.
7. Ву, С., Беард, В.А., Педерсен, Л.Г. & Вилсон, С.Х. (2013). Структурно поређење архитектуре ДНК полимеразе указује на нуклеотидни пролаз на активно место полимеразе. Цхемицал ревиевс, 114(5), 2759-74.