Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

ДНК-полімераза



План:


Введення

Тривимірна структура ДНК-зв'язуючих спірально-шпилькових ділянок в людській бета-ДНК-полімерази

ДНК-полімераза - фермент, що бере участь в реплікації ДНК. Ферменти цього класу каталізують полімеризацію дезоксірібонуклеотідов уздовж ланцюжка нуклеотидів ДНК, яку фермент "читає" і використовує як шаблон. Тип нового нуклеотиду визначається за принципом комплементарності з шаблоном, з якого ведеться зчитування. Зібрана молекула комплементарна шаблонної моноспіралі і ідентична другому компоненту подвійної спіралі.

Виділяють ДНК-залежну ДНК-полімеразу ( КФ 2.7.7.7), що використовує в якості матриці одну з ланцюгів ДНК, і РНК-залежну ДНК-полімеразу (інша назва зворотна транскриптаза, КФ 2.7.7.49), здатну також до зчитування інформації з РНК ( зворотна транскрипція).

ДНК-полімеразу вважають холоферментом, оскільки для нормального функціонування вона потребує присутності іонів магнію в якості кофактора. За відсутності іонів магнію про неї можна говорити як про апоферментe.

ДНК-полімераза починає реплікацію ДНК, зв'язуючись з відрізком ланцюга нуклеотидів. Середня кількість нуклеотидів, присоединяемое ферментів ДНК-полімеразою за один акт скріплення / дисоціації з матрицею, називають процессівностью.


1. Дія ДНК-полімерази

Як відомо, два ланцюги молекули ДНК антіпараллельни. Різні кінці одного ланцюга називаються 3'-кінець і 5'-кінець. Реплікація відбувається шляхом безперервного зростання нуклеотида за нуклеотидом обох нових ланцюгів одночасно. Матриця зчитується ДНК-полімеразою тільки в напрямку 3'-5 ', додаючи вільні нуклеотиди до 3'-кінця збирається ланцюжка. Тому синтез ДНК відбувається безперервно тільки на одній з матричних ланцюгів, званої "лідируючої". У другій ланцюга ("відстає") синтез відбувається короткими фрагментами.

Жодна з відомих ДНК-полімераз не може створити ланцюжок "з нуля": вони в змозі лише додавати нуклеотиди до вже існуючої 3'-гідроксильної групи. З цієї причини ДНК-полімераза потребує праймер, до якого вона могла б додати перший нуклеотид. Праймери складаються з підстав РНК і ДНК, при цьому перші дві підстави завжди РНК-підстави. Праймери синтезуються іншим ферментом - ПРАЙМАЗОЙ. Ще один фермент - геліказа - необхідний для розкручування подвійної спіралі ДНК з формуванням одноцепочечной структури, яка забезпечує реплікацію обох ланцюжків відповідно до напівконсервативної моделлю реплікації ДНК.

Деякі ДНК-полімерази володіють також здатністю виправляти помилки у знову збирається ланцюжку ДНК. Якщо відбувається виявлення неправильної пари нуклеотидів, ДНК-полімераза відкочується на один крок назад. Завдяки своїй 3'-5 'екзонуклеазной гідролітичною активності ДНК-полімераза може виключити неправильний нуклеотид з ланцюжка і потім вставити на його місце правильний, після чого реплікація продовжується в нормальному режимі.


2. Різноманіття ДНК-полімераз

Структура ДНК-полімераз досить жорстко фіксована. Їх каталітичні субодиниці дуже мало різняться в різних видах живих клітин. Така фіксація структури зазвичай з'являється там, де відсутність різноманітності обумовлена ​​величезною важливістю або навіть незамінністю для функціонування клітини.

Генами деяких вірусів теж кодуються особливі ДНК-полімерази, які можуть вибірково реплицировать вірусні ДНК. Ретровіруси мають геном незвичайної ДНК-полімерази, званої ще зворотного транскриптазою, що є РНК-залежною ДНК-полімеразою та здійснює збірку ДНК на основі шаблонної РНК.


3. Сімейства ДНК-полімераз

На підставі своєї структури ДНК-полімерази можуть бути розбиті на сім різних сімейств: A, B, C, D, X, Y, і RT.

3.1. Сімейство A

Сімейство A включає в себе реплікативних та відновлювальні ДНК-полімерази. Реплікативних члени цього сімейства представлені, наприклад, добре дослідженою ДНК-полімеразою вірусу Т7 або еукаріотичної мітохондріальної ДНК-полімеразою γ. Серед відновних полімераз ми знаходимо такі приклади як ДНК-полімераза I E. coli, полімераза I з Thermus aquaticus або полімераза I Bacillus stearothermophilus. Відновлювальні полімерази беруть участь в процесі усунення помилок в збирається ДНК, а також в обробці фрагментів Окадзакі.


3.2. Сімейство B

У сімейство B в основному входять відновні полімерази, в тому числі основні еукаріотичні ДНК-полімерази α, δ, і ε, а також ДНК-полімераза ζ. До цього сімейства також відносять ДНК-полімерази деяких бактерій і бактеріофагів, наприклад бактеріофагів T4, Phi29 and RB69. Ці ферменти використовуються в синтезі і 3'-5 ', і 5'-3' моноцепей ДНК. Відмінною особливістю полімераз цього сімейства є чудова точність реплікації. Багато хто також має сильний 3'-5'-екзонуклеазним дією (за винятком ДНК-полімераз α і ζ, у яких здібності коригувати помилки не спостерігається).


3.3. Сімейство C

Полімерази цього сімейства - в основному бактеріальні хромосомні реплікативних ферменти, які мають, крім того, 3'-5'-екзонуклеазним дією.

3.4. Сімейство D

Полімерази цього сімейства недостатньо вивчені. Всі відомі зразки вважаються реплікативних полімерази і виявлені у архей субдомену Euryarchaeota.

3.5. Сімейство X

До родини Х відноситься широко відома еукаріотичних ДНК-полімераза β, а також і інші, такі як σ, λ, μ і кінцева дезоксінуклеотідов-трансфераза (TdT). ДНК-полімераза β необхідна для здійснення процесу відновлення пошкоджених ділянок ДНК. Полімерази λ і μ беруть участь в негомологічні з'єднанні - процесі відновлення розривів подвійної спіралі .. TdT експресується тільки в лімфоїдної тканини і додає "n нуклеотидів" до розривів подвійної спіралі, що утворюються під час В (Р) С-рекомбінації. Дріжджі Saccharomyces cerevisiae мають лише однієї полімеразою X, Pol4, що бере участь в негомологічні з'єднанні.


3.6. Сімейство Y

Полімерази цього сімейства відрізняються від інших низькою продуктивністю на цілісних шаблонах, а також здатністю здійснювати реплікацію на шаблонах пошкоджених ДНК. Внаслідок цього члени сімейства називаються полімерази транслезіонного синтезу. Залежно від характеру пошкодження (лезіі) МЛС-полімерази можуть відновити вихідну ланцюжок. Помилка може і не бути відновлена, що приводить до мутацій. Страждаючі Xeroderma pigmentosum, наприклад, мають мутантним геном ДНК-полімерази η (eta), який толерантний до пошкоджень, проте інші полімерази, наприклад ζ (що відноситься до сімейства B), страждають від мутацій, що, як вважається, приводить до схильності до онкологічних захворювань.

Інші члени цього сімейства - людські полімерази ι, κ, а також кінцева дезоксінуклеотідов-трансфераза Rev1. У E.coli є дві МЛС-полімерази: IV (DINB) і V (UMUC).


3.7. Сімейство RT

Сімейство зворотної транскриптази (назва сімейства походить від англ. reverse transcriptase ) Містить полімерази, виявлені як у ретровірусів, так і у еукаріотів. Вони є РНК-залежними ДНК-полімерази, тобто, на відміну від описаних вище ферментів, використовують в якості матриці для синтезу РНК, а не ДНК. Еукаріотичні зворотні транскриптази в основному представлені теломераза. Ці полімерази використовують шаблонну РНК для синтезу ланцюжка ДНК.


4. Прокаріотів ДНК-полімерази

У бактерій виявлено п'ять ДНК-полімераз:

  • ДНК-полімераза I задіяна у відновленні ДНК, має і 5'-3 ', і 3'-5'-екзонуклеазним дією;
  • ДНК-полімераза II бере участь в реплікації пошкодженої ДНК. Має здатність 5'-3'-подовження ланцюжка і 3'-5'-екзонуклеазним дією;
  • ДНК-полімераза III - основна полімераза бактерій, що володіє також 3'-5'-екзонуклеазним дією;
  • ДНК-полімераза IV, ДНК-полімераза сімейства Y;
  • ДНК-полімераза V, ДНК-полімераза сімейства Y, що приймає участь в пропуску пошкоджених ділянок ДНК.

5. Еукаріотичні ДНК-полімерази

Еукаріоти містять щонайменше п'ятнадцять видів ДНК-полімераз [1] :

  • ДНК-полімераза α виступає спочатку в ролі ПРАЙМАЗИ, синтезуючи праймер ДНК, а потім як нормальна полімераза, приєднуючи до цього праймеру нуклеотиди. Після того, як довжина ланцюжка досягне близько 20 нуклеотидів [2], до транскрипції приступають полімерази δ і ε;
  • ДНК-полімераза β задіяна у відновленні ДНК;
  • Pol γ, що здійснює реплікацію мітохондріальної ДНК;
  • ДНК-полімераза δ - основна полімераза еукаріот. Вона високопродуктивна, а також володіє 3'-5'-екзонуклеазним дією;
  • ДНК-полімераза ε, іноді заміщає ДНК-полімеразу δ під час синтезу 3'-5'-моноспіралі. Основне призначення цієї полімерази неясно;
  • ДНК-полімерази η, ι, κ, і Rev1 з сімейства Y, а також ζ з сімейства B. Ці полімерази задіяні в пропуску пошкоджених ділянок ДНК [3].
  • Існують також інші еукаріотичні ДНК-полімерази, які поки недостатньо вивчені: θ, λ, φ, σ і μ.

Виявлено й інші еукаріотичні полімерази.

Жодна еукаріотичних полімераза не може отщеплять праймери, тобто не має 5'-3'-екзонуклеазним дією. Цю функцію виконують інші ферменти. Тільки полімерази, що здійснюють елонгації (γ, δ і ε) мають 3'-5'-екзонуклеазнимі властивостями.


Примітки

  1. I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002) Eukaryotic DNA polymerases. Annual Review of Biochemistry 71, 133-63.
  2. JM Berg; JL Tymoczko; L. Stryer "Biochemie", Springer, Heidelberg / Berlin 2003
  3. I. Prakash, S.; Johnson, RE; Prakash, L. (2005) Eukaryotic translesion synthesis DNA polymerases: specificity of structure and function. Annual Review of Biochemistry 74, 317-53.

Література


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
РНК-полімераза
Гаплогруппа R1 (Y-ДНК)
Репарація ДНК
Гаплогруппа CT (Y-ДНК)
Мітохондріальна ДНК
Гібридизація ДНК
Метилювання ДНК
Гаплогруппа R (Y-ДНК)
ДНК-дактилоскопія
© Усі права захищені
написати до нас