DNR polimerazės tipai, funkcija ir struktūra



The DNR polimerazė yra fermentas, atsakingas už naujos DNR grandinės polimerizacijos katalizavimą šio molekulės replikacijos metu. Jo pagrindinė funkcija yra suderinti dezoksiribonukleotidų trifosfatus su šablono grandine. Ji taip pat dalyvauja DNR taisyme.

Šis fermentas leidžia tinkamai suderinti pelėsių grandinės DNR bazes ir naują, sekant A poros schema su T ir G su C.

DNR replikacijos procesas turi būti veiksmingas ir turi būti atliekamas greitai, todėl DNR polimerazė veikia, pridėdama apie 700 nukleotidų per sekundę ir tik kas 10 kartų sukelia klaidą.9 arba 1010 įterptųjų nukleotidų.

Yra įvairių DNR polimerazių tipų. Tai skiriasi tiek eukariotuose, tiek prokariotuose, ir kiekvienas turi ypatingą vaidmenį DNR replikacijoje ir taisyme..

Gali būti, kad vienas iš pirmųjų evoliucijoje atsirandančių fermentų buvo polimerazės, nes gebėjimas daugintis genomą tiksliai yra būtinas organizmų vystymosi reikalavimas..

Šio fermento atradimas priskirtas Arthur Kornberg ir jo kolegoms. Šis tyrėjas, dirbdamas su 1956 m., Nustatė DNR polimerazę I (Pol I) Escherichia coli. Panašiai Watson ir Crick pasiūlė, kad šis fermentas galėtų pagaminti ištikimas DNR molekulės kopijas.

Indeksas

  • 1 tipai
    • 1.1 Prokariotai
    • 1.2 Eukariotai
    • 1.3 Arkos
  • 2 Funkcijos: DNR replikacija ir remontas
    • 2.1 Kas yra DNR replikacija?
    • 2.2 Reakcija
    • 2.3 DNR polimerazių savybės
    • 2.4 Okazaki fragmentai
    • 2.5 DNR taisymas
  • 3 Struktūra
  • 4 Programos
    • 4.1 KLR
    • 4.2. Antibiotikai ir priešnavikiniai vaistai
  • 5 Nuorodos

Tipai

Prokariotai

Prokariotiniai organizmai (organizmai be tikrojo branduolio, išskirti membrana) turi tris pagrindines DNR polimerazes, dažniausiai sutrumpintas kaip pol I, II ir III.

DNR polimerazė I dalyvauja DNR replikacijoje ir taisyme ir turi eksonukleazės aktyvumą abiem kryptimis. Manoma, kad šio fermento vaidmuo replikacijoje yra antrinis.

II dalyvauja DNR taisyme, o jo eksonukleazės aktyvumas yra 3'-5 'kryptimi. III dalyvauja DNR replikacijoje ir peržiūrėjime, ir kaip ir ankstesnis fermentas, eksonukleazės aktyvumas yra 3'-5 'kryptimi.

Eukariotai

Eukariotai (organizmai, turintys tikrą branduolį, išskirtą membrana) turi penkias DNR polimerazes, pažymėtas graikų abėcėlės raidėmis: α, β, γ, δ ir ε.

Γ polimerazė yra mitochondrijose ir yra atsakinga už genetinės medžiagos replikaciją šioje ląstelių organelėje. Priešingai, kiti keturi yra ląstelių branduolyje ir dalyvauja branduolinėje DNR replikacijoje.

Α, δ ir ε variantai yra aktyviausi ląstelių dalijimosi procese, o tai rodo, kad jų pagrindinė funkcija yra susijusi su DNR kopijų gamyba..

Kita vertus, DNR polimerazė β rodo, kad ląstelių, kurios nėra skirstomos, aktyvumo viršūnės, todėl manoma, kad pagrindinė jo funkcija yra susijusi su DNR taisymu..

Įvairūs eksperimentai galėjo patikrinti hipotezę, kad jie daugiausia susieja polimerazes α, δ ir ε su DNR replikacija. Γ, δ ir ε tipai turi 3'-5 'egzonukleazės aktyvumą.

Arkos

Nauji sekos nustatymo metodai sugebėjo nustatyti daugybę DNR polimerazių šeimų. Konkrečiai archaeaje, mes nustatėme fermentų šeimą, vadinamą D šeima, kuri yra unikali šiai organizmų grupei..

Funkcijos: DNR replikacija ir remontas

Kas yra DNR replikacija?

DNR yra molekulė, kurioje yra visa genetinė organizmo informacija. Jį sudaro cukrus, azoto bazė (adeninas, guaninas, citozinas ir timinas) ir fosfatų grupė..

Ląstelių dalijimosi procesuose, kurie nuolat vyksta, DNR turi būti greitai ir tiksliai nukopijuota - konkrečiai ląstelių ciklo S fazėje. Šis procesas, kai ląstelės kopijuoja DNR, yra žinomas kaip replikacija.

Struktūriniu būdu DNR molekulę sudaro dvi juostelės, sudarančios spiralę. Replikacijos metu jie yra atskirti ir kiekvienas veikia kaip naujos molekulės susidarymo temperamentas. Taigi naujos krypties ląstelės dalijasi ląstelių dalijimosi procese.

Kadangi kiekviena kryptis yra grūdinta, sakoma, kad DNR replikacija yra pusiau konservatyvi - proceso pabaigoje nauja molekulė susideda iš naujos grandinės ir senosios grandinės. Šį procesą 1958 m. Apibūdino mokslininkai Meselsonas ir Stahlis, naudodami izofotus.

DNR replikacijai reikia daug fermentų, kurie katalizuoja procesą. Tarp šių baltymų molekulių išsiskiria DNR polimerazė.

Reakcija

Norint įvykti DNR sintezei, reikalingi šio proceso substratai: dezoksiribonukleotidų trifosfatai (dNTP)

Reakcijos mechanizmas apima hidrofilo grupės nukleofilinį atakas augančios grandinės 3 'gale komplementarinio dNTP alfa fosfate, pašalinant pirofosfatą. Šis žingsnis yra labai svarbus, nes polimerizacijos energija gaunama iš dNTP ir gauto pirofosfato hidrolizės..

Pol III arba alfa prisijungia prie pirmosios (žr. Polimerazių savybes) ir pradeda pridėti nukleotidus. Epsilonas pailgina lyderio grandinę, o delta pailgina atidėtą grandinę.

DNR polimerazių savybės

Visos žinomos DNR polimerazės turi dvi esmines savybes, susijusias su replikacijos procesu.

Pirma, visos polimerazės sintezuoja DNR grandinę 5'-3 'kryptimi, pridedant dNTP į augančios grandinės hidroksilo grupę.

Antra, DNR polimerazės negali pradėti sintezuoti naujos grandinės iš nieko. Jiems reikia papildomo elemento, vadinamo gruntu arba gruntu, kuris yra molekulė, kurią sudaro keletas nukleotidų, suteikiančių laisvą hidroksilo grupę, kur polimerazė gali inkaruoti ir pradėti savo veiklą.

Tai yra vienas iš esminių skirtumų tarp DNR ir RNR polimerazių, nes pastarasis gali inicijuoti grandinės sintezę de novo.

Okazaki fragmentai

Pirmajame skyriuje paminėtų DNR polimerazių savybė yra komplikacija puslaidininkinei replikacijai. Kadangi dvi DNR kryptys veikia lygiagrečiai, vienas iš jų yra sintezuojamas nepertraukiamu būdu (kuris turėtų būti susintetintas 3'-5 'kryptimi).

Vėluotoje grandinėje nutraukiama sintezė, naudojant normalų polimerazės, 5'-3 ', aktyvumą, o gautus fragmentus, žinomus literatūroje kaip Okazaki fragmentus, jungia kitas fermentas, ligazė.

DNR taisymas

DNR yra nuolat veikiama tiek endogeninių, tiek ir išorinių veiksnių, kurie gali jį sugadinti. Šie nuostoliai gali blokuoti replikaciją ir kauptis, kad jie paveiktų genų ekspresiją, sukeldami problemas įvairiuose ląstelių procesuose..

Be savo vaidmens DNR replikacijos procese, polimerazė taip pat yra pagrindinis DNR remonto mechanizmų komponentas. Jie taip pat gali veikti kaip jutikliai ląstelių cikle, kurie neleidžia patekti į skaidymo fazę, jei DNR yra pažeista.

Struktūra

Šiuo metu kristalografijos tyrimų dėka buvo galima išsiaiškinti įvairių polimerazių struktūras. Pagal jų pirminę seką polimerazės yra sugrupuotos į šeimas: A, B, C, X ir Y.

Kai kurie aspektai yra būdingi visoms polimerazėms, ypač toms, kurios yra susijusios su fermento kataliziniais centrais.

Tai yra dvi pagrindinės aktyvios vietovės, kuriose yra metaliniai jonai, su dviem aspartato liekanomis ir kintama liekana - arba aspartatas, arba glutamatas, kuris koordinuoja metalus. Yra dar viena įkrautų likučių serija, kurios supa katalizinį centrą ir yra konservuotos skirtingose ​​polimerazėse.

Prokariotuose DNR polimerazė I yra 103 kd polipeptidas, II yra 88 kd polipeptidas, o III - iš dešimties subvienetų..

Eukariotuose fermentai yra didesni ir sudėtingesni: α formuoja penki vienetai, β ir γ pagal subvienetą, δ pagal du subvienetus ir ε - 5..

Programos

KLR

Polimerazės grandininė reakcija (KLR) yra metodas, naudojamas visose molekulinės biologijos laboratorijose dėl savo naudingumo ir paprastumo. Šio metodo tikslas - masyviai sustiprinti dominančią DNR molekulę.

Norėdami tai pasiekti, biologai naudoja DNR polimerazę, kuri nėra pažeista šilumos (aukšta temperatūra yra būtinas šiam procesui) molekulės amplifikavimui. Šio proceso rezultatas - didelis skaičius DNR molekulių, kurios gali būti naudojamos skirtingiems tikslams.

Vienas iš pačių išskirtinių klinikinių technikos priemonių yra jo naudojimas medicininėje diagnozėje. KLR gali būti naudojama patogeninių bakterijų ir virusų buvimui pacientams patikrinti.

Antibiotikai ir priešnavikiniai vaistai

Daugelis vaistų yra skirti DNR replikacijos mechanizmų patogeniniame organizme, ty viruso ar bakterijos, sutrumpinimui..

Kai kuriose iš jų tikslas yra DNR polimerazės aktyvumo slopinimas. Pavyzdžiui, chemoterapinis vaistas citarabinas, dar vadinamas citozino arabinosidu, išjungia DNR polimerazę.

Nuorodos

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Esminė ląstelių biologija. Garland Science.
  2. Cann, I. K., ir Ishino, Y. (1999). Archaealinis DNR replikavimas: detalių nustatymas, siekiant išspręsti galvosūkį. Genetika, 152(4), 1249-67.
  3. Cooperis, G. M., ir Hausmanas, R. E. (2004). Ląstelė: molekulinis metodas. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Keletas DNR polimerazių funkcijų. Kritinės apžvalgos augalų moksluose, 26(2), 105-122.
  5. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K. ir Kunkel, T. A. (2003). Eukariotinių DNR polimerazių funkcijos. Mokslo SAGE KE, 2003 m(8), 3.
  6. Steitz, T. A. (1999). DNR polimerazės: struktūrinė įvairovė ir bendri mechanizmai. Biologinės chemijos leidinys, 274(25), 17395-17398.
  7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., ir Wilson, S. H. (2013). Struktūrinis DNR polimerazės architektūros palyginimas rodo nukleotidų vartai į polimerazės aktyviąją vietą. Cheminės apžvalgos, 114(5), 2759-74.