DNA -polymerase - DNA polymerase

DNA-rettet DNA-polymerase
3D-struktur af de DNA-bindende helix-turn-helix- motiver i human DNA-polymerase beta (baseret på PDB-fil 7ICG )
Identifikatorer
EF -nr.	2.7.7.7
CAS -nr.	9012-90-2
Databaser
IntEnz	IntEnz -visning
BRENDA	BRENDA indgang
ExPASy	NiceZyme udsigt
KEGG	KEGG -indtastning
MetaCyc	metabolisk vej
PRIAM	profil
PDB -strukturer	RCSB PDB PDBe PDBsum
Genontologi	AmiGO / QuickGO
Søg PMC artikler PubMed artikler NCBI proteiner

En DNA -polymerase er medlem af en familie af enzymer, der katalyserer syntesen af DNA -molekyler fra nukleosidtrifosfater , molekylære forstadier til DNA. Disse enzymer er afgørende for DNA -replikation og arbejder normalt i grupper for at skabe to identiske DNA -duplexer fra en enkelt original DNA -duplex. Under denne proces "læser" DNA -polymerase de eksisterende DNA -strenge for at skabe to nye tråde, der matcher de eksisterende. Disse enzymer katalyserer den kemiske reaktion

deoxynukleosid trifosfat + DNA _n ⇌ pyrophosphat + DNA _{n + 1} .

DNA -polymerase tilføjer nukleotider til den tre prime (3 ') ende af en DNA -streng, et nukleotid ad gangen. Hver gang en celle deler sig , skal DNA -polymeraser kopiere cellens DNA, så en kopi af det originale DNA -molekyle kan sendes til hver dattercelle. På denne måde overføres genetisk information fra generation til generation.

Inden replikation kan finde sted, afvikler et enzym kaldet helicase DNA -molekylet fra dets tætvævede form, idet processen bryder hydrogenbindinger mellem nukleotidbaserne . Dette åbner eller "lukker" det dobbeltstrengede DNA op for at give to enkelt DNA-strenge, der kan bruges som skabeloner til replikation i ovenstående reaktion.

Historie

I 1956 opdagede Arthur Kornberg og kolleger DNA -polymerase I (Pol I) i Escherichia coli . De beskrev DNA -replikationsprocessen, hvormed DNA -polymerase kopierer basesekvensen af ​​en skabelon -DNA -streng. Kornberg blev senere tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1959 for dette arbejde. DNA -polymerase II blev opdaget af Thomas Kornberg (søn af Arthur Kornberg ) og Malcolm E. Gefter i 1970, mens han yderligere belyste Pol I's rolle i E. coli DNA -replikation. Yderligere tre DNA -polymeraser er fundet i E. coli , herunder DNA -polymerase III (opdaget i 1970'erne) og DNA -polymeraser IV og V (opdaget i 1999).

Fungere

DNA -polymerase bevæger sig langs den gamle streng i 3' -5' -retningen og skaber en ny streng, der har en 5' -3' -retning.

DNA -polymerase med korrekturlæsningsevne

Hovedfunktionen for DNA -polymerase er at syntetisere DNA fra deoxyribonukleotider , byggestenene i DNA. DNA -kopierne skabes ved parring af nukleotider til baser, der findes på hver streng i det originale DNA -molekyle. Denne parring forekommer altid i specifikke kombinationer, med cytosin sammen med guanin og thymin sammen med adenin , der danner henholdsvis to separate par. Derimod syntetiserer RNA -polymeraser RNA fra ribonukleotider fra enten RNA eller DNA.

Ved syntetisering af nyt DNA kan DNA -polymerase kun tilføje frie nukleotider til 3' -enden af den nydannede streng. Dette resulterer i forlængelse af den nydannede streng i en 5'– 3 'retning.

Det er vigtigt at bemærke, at retningen af ​​den nydannede streng (datterstrengen) er modsat den retning, hvori DNA -polymerase bevæger sig langs skabelonstrengen. Da DNA -polymerase kræver en fri 3' -OH -gruppe til initiering af syntese, kan den kun syntetisere i én retning ved at forlænge 3' -enden af ​​den eksisterende nukleotidkæde. Derfor bevæger DNA -polymerase sig langs skabelonstrengen i en 3'– 5 'retning, og datterstrengen dannes i en 5'– 3' retning. Denne forskel muliggør, at det dannede dobbeltstrengede DNA, der dannes, består af to DNA-tråde, der er parallelle med hinanden.

Funktionen af ​​DNA -polymerase er ikke helt perfekt, idet enzymet laver omkring en fejl for hver milliard basepar, der kopieres. Fejlkorrektion er en egenskab for nogle, men ikke alle DNA -polymeraser. Denne proces retter fejl i nyligt syntetiseret DNA. Når et forkert basepar genkendes, bevæger DNA -polymerase sig baglæns af et basepar DNA. Enzymets 3'– 5' -exonuclease -aktivitet gør det muligt at fjerne det forkerte basepar (denne aktivitet er kendt som korrekturlæsning ). Efter excision af basen kan polymerasen indsætte den korrekte base igen, og replikationen kan fortsætte fremad. Dette bevarer integriteten af ​​den originale DNA -streng, der sendes til dattercellerne.

Troskab er meget vigtigt i DNA -replikation. Fejl i DNA -baseparring kan potentielt resultere i dysfunktionelle proteiner og kan føre til kræft. Mange DNA -polymeraser indeholder et exonuclease -domæne, som virker til at detektere basepar -mismatch og yderligere udfører fjernelse af det forkerte nukleotid, der skal erstattes af det korrekte. Formen og interaktionerne mellem Watson og Crick -baseparet er det, der primært bidrager til detekteringen eller fejlen. Hydrogenbindinger spiller en nøglerolle i basisparbinding og interaktion. Tabet af en interaktion, der opstår ved et mismatch, siges at udløse et skift i balancen for bindingen af ​​template-primeren fra polymerasen til exonuclease-domænet. Derudover forårsager en inkorporering af et forkert nukleotid en forsinkelse i DNA -polymerisation. Denne forsinkelse giver tid til, at DNA'et skiftes fra polymerase -stedet til exonuclease -stedet. Forskellige konformationsændringer og tab af interaktion forekommer ved forskellige uoverensstemmelser. I en purin: pyrimidin -uoverensstemmelse er der en forskydning af pyrimidinen mod den store rille og purinen mod den mindre rille. I forhold til formen af ​​DNA -polymerasens bindingslomme opstår der steriske sammenstød mellem purinen og rester i den mindre rille, og vigtige van der Waals og elektrostatiske interaktioner går tabt af pyrimidinet. Pyrimidin: pyrimidin og purin: purinfejl matcher mindre bemærkelsesværdige ændringer, da baserne forskydes mod den store rille, og der opleves mindre sterisk hindring. Selvom de forskellige uoverensstemmelser resulterer i forskellige steriske egenskaber, er DNA -polymerase stadig i stand til at detektere og differentiere dem så ensartet og opretholde troskab i DNA -replikation. DNA -polymerisering er også kritisk for mange mutageneseprocesser og anvendes i vid udstrækning i bioteknologi.

Struktur

De kendte DNA -polymeraser har en meget bevaret struktur, hvilket betyder, at deres samlede katalytiske underenheder varierer meget lidt fra art til art, uafhængigt af deres domænestrukturer. Bevarede strukturer angiver normalt vigtige, uerstattelige funktioner i cellen, hvis vedligeholdelse giver evolutionære fordele. Formen kan beskrives som en højre hånd med tommelfinger, finger og håndfladedomæner. Palme -domænet ser ud til at fungere ved at katalysere overførslen af phosphorylgrupper i phosphoryloverførselsreaktionen. DNA er bundet til håndfladen, når enzymet er aktivt. Denne reaktion menes at være katalyseret af en to-metal-ion-mekanisme. Fingerdomænet fungerer til at binde nukleosidtrifosfaterne med skabelonbasen. Tommelfingerdomænet spiller en potentiel rolle i processiviteten, translokationen og positioneringen af ​​DNA'et.

Processivitet

DNA -polymerasens hurtige katalyse skyldes dens processive karakter. Processivitet er en egenskab ved enzymer, der fungerer på polymere substrater. I tilfælde af DNA -polymerase refererer graden af ​​processivitet til det gennemsnitlige antal nukleotider, der tilføjes hver gang enzymet binder en skabelon. Den gennemsnitlige DNA -polymerase kræver ca. et sekund lokalisering og binding af et primer/template -kryds. Når den er bundet, tilføjer en ikke -processiv DNA -polymerase nukleotider med en hastighed på et nukleotid pr. Sekund. Forarbejdende DNA -polymeraser tilføjer imidlertid flere nukleotider pr. Sekund, hvilket drastisk øger hastigheden af ​​DNA -syntese. Graden af ​​processivitet er direkte proportional med hastigheden af ​​DNA -syntese. Hastigheden af ​​DNA -syntese i en levende celle blev først bestemt som hastigheden af ​​fag -T4 -DNA -forlængelse i faginficerede E. coli . I perioden med eksponentiel DNA -stigning ved 37 ° C var hastigheden 749 nukleotider pr. Sekund.

DNA -polymerases evne til at glide langs DNA -skabelonen tillader øget processivitet. Der er en dramatisk stigning i processivitet ved replikationsgaflen . Denne stigning lettes af DNA -polymerasens forbindelse med proteiner kendt som den glidende DNA -klemme . Klemmerne er flere proteinunderenheder forbundet i form af en ring. Ved hjælp af hydrolysen af ATP åbner en klasse proteiner kendt som de glidende klembelastningsproteiner ringstrukturen af ​​de glidende DNA -klemmer, der tillader binding til og frigivelse fra DNA -strengen. Protein-protein-interaktion med klemmen forhindrer DNA-polymerase i at diffundere fra DNA-skabelonen og sikrer derved, at enzymet binder det samme primer/template-kryds og fortsætter replikationen. DNA -polymerase ændrer konformation, øger affiniteten til klemmen, når den er forbundet med den, og faldende affinitet, når den fuldender replikationen af ​​en strækning af DNA for at tillade frigivelse fra klemmen.

Variation på tværs af arter

DNA -polymerasefamilie A
c: o6-methyl-guanin-par i polymerase-2-baseparpositionen
Identifikatorer
Symbol	DNA_pol_A
Pfam	PF00476
InterPro	IPR001098
SMART	-
PROSIT	PDOC00412
SCOP2	1 dpi / SCOPe / SUPFAM
Tilgængelige proteinstrukturer: Pfam   strukturer / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum strukturresumé

DNA -polymerasefamilie B
krystalstruktur af rb69 gp43 i kompleks med dna indeholdende thyminglycol
Identifikatorer
Symbol	DNA_pol_B
Pfam	PF00136
Pfam klan	CL0194
InterPro	IPR006134
PROSIT	PDOC00107
SCOP2	1noy / SCOPe / SUPFAM
Tilgængelige proteinstrukturer: Pfam   strukturer / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum strukturresumé

DNA -polymerase type B, organell og viral
phi29 dna -polymerase, orthorhombisk krystalform, ssdna -kompleks
Identifikatorer
Symbol	DNA_pol_B_2
Pfam	PF03175
Pfam klan	CL0194
InterPro	IPR004868
Tilgængelige proteinstrukturer: Pfam   strukturer / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum strukturresumé

Baseret på sekvenshomologi kan DNA -polymeraser yderligere opdeles i syv forskellige familier: A, B, C, D, X, Y og RT.

Nogle vira koder også for særlige DNA -polymeraser, såsom Hepatitis B -virus -DNA -polymerase . Disse kan selektivt replikere viralt DNA gennem en række mekanismer. Retrovira koder for en usædvanlig DNA-polymerase kaldet reverse transcriptase , som er en RNA-afhængig DNA-polymerase (RdDp). Det polymeriserer DNA fra en skabelon af RNA .

Prokaryot polymerase

Prokaryote polymeraser findes i to former: kernepolymerase og holoenzym. Kernepolymerase syntetiserer DNA fra DNA -skabelonen, men den kan ikke starte syntesen alene eller præcist. Holoenzym starter nøjagtigt syntese.

Pol I

Prokaryote familie A -polymeraser indbefatter DNA -polymerase I (Pol I) -enzymet, som kodes af polA -genet og er allestedsnærværende blandt prokaryoter . Denne reparationspolymerase er involveret i udskæringsreparation med både 3'– 5 'og 5'– 3' exonukleaseaktivitet og behandling af Okazaki -fragmenter genereret under forsinket strengsyntese. Pol I er den mest udbredte polymerase, der tegner sig for> 95% af polymeraseaktiviteten i E. coli ; alligevel er celler, der mangler Pol I, fundet, hvilket tyder på, at Pol I -aktivitet kan erstattes af de fire andre polymeraser. Pol I tilføjer ~ 15-20 nukleotider pr. Sekund, hvilket viser dårlig processivitet. I stedet begynder Pol I at tilføje nukleotider ved RNA -primeren: skabelonforbindelse kendt som replikationens oprindelse (ori). Cirka 400 bp nedstrøms fra oprindelsen samles Pol III -holoenzymet og overtager replikation med en meget processiv hastighed og natur.

Taq- polymerase er et varmestabilt enzym i denne familie, der mangler korrekturlæsningsevne.

Pol II

DNA -polymerase II er en familie B -polymerase, der kodes af polB -genet. Pol II har 3'– 5 'exonukleaseaktivitet og deltager i DNA-reparation , genstart af replikation for at omgå læsioner, og dets celletilstedeværelse kan hoppe fra ~ 30-50 kopier pr. Celle til ~ 200-300 under SOS-induktion. Pol II menes også at være en backup til Pol III, da den kan interagere med holoenzymproteiner og antage et højt processivitetsniveau. Pol IIs hovedrolle menes at være evnen til at lede polymeraseaktivitet ved replikationsgaflen og hjælpe med at standse Pol III -bypass -terminalfejl.

Pfu DNA-polymerase er et varmestabilt enzym af denne familie, der findes i den hypertermofile arkæon Pyrococcus furiosus . Detaljeret klassificering opdeler familie B i archaea i B1, B2, B3, hvor B2 er en gruppe af pseudoenzymer . Pfu tilhører familie B3. Andre PolB'er fundet i archaea er en del af "Casposons", Cas1 -afhængige transposoner. Nogle vira (herunder Φ29 DNA -polymerase ) og mitokondrielle plasmider bærer også polB.

Pol III

DNA -polymerase III -holoenzym er det primære enzym, der er involveret i DNA -replikation i E. coli og tilhører familie C -polymeraser. Den består af tre samlinger: pol III-kernen, beta- glideklemmen- processivitetsfaktoren og klembelastningskomplekset. Kernen består af tre underenheder: α, polymeraseaktivitetsnavet, ɛ, exonukleolytisk korrekturlæser og θ, som kan fungere som en stabilisator for ɛ. Beta -glidende klemmeprocessivitetsfaktor er også til stede i to eksemplarer, en for hver kerne, for at skabe en klemme, der omslutter DNA, hvilket muliggør høj processivitet. Den tredje samling er et syv-underenhed (τ2γδδ′χψ) klemlæsser-kompleks.

Den gamle lærebog "trombonemodel" skildrer et forlængelseskompleks med to ækvivalenter af kerneenzymet ved hver replikationsgaffel (RF), en for hver streng, den forsinkende og førende. Nylige beviser fra enkeltmolekyleundersøgelser indikerer imidlertid et gennemsnit på tre støkiometriske ækvivalenter kerneenzym ved hver RF for både Pol III og dets modstykke i B. subtilis, PolC. Fluorescerende mikroskopi i cellen har afsløret, at ledende strengsyntese muligvis ikke er fuldstændig kontinuerlig, og Pol III* (dvs. holoenzymet a, ε, τ, δ og χ underenheder uden ß2 glideklemmen) har en høj dissocieringsfrekvens fra aktiv RF'er. I disse undersøgelser var replikationsgaffelomsætningshastigheden omkring 10s for Pol III*, 47s for ß2 glideklemmen og 15m for DnaB -helikasen. Dette tyder på, at DnaB -helikasen kan forblive stabilt associeret ved RF'er og tjene som et kædepunkt for det kompetente holoenzym. In vitro enkeltmolekyleundersøgelser har vist, at Pol III* har en høj RF-omsætningshastighed, når den er i overskud, men forbliver stabilt forbundet med replikationsgafler, når koncentrationen er begrænsende. En anden enkeltmolekylær undersøgelse viste, at DnaB-helikaseaktivitet og strengforlængelse kan fortsætte med afkoblet, stokastisk kinetik.

Pol IV

I E. coli er DNA-polymerase IV (Pol IV) en fejl-tilbøjelig DNA-polymerase involveret i ikke-målrettet mutagenese. Pol IV er en Family Y -polymerase udtrykt af dinB -genet, der tændes via SOS -induktion forårsaget af standserede polymeraser ved replikationsgaflen. Under SOS -induktion bliver Pol IV -produktionen tidoblet, og en af ​​funktionerne i løbet af denne tid er at forstyrre Pol III -holoenzymprocessivitet. Dette skaber et kontrolpunkt, stopper replikationen og giver tid til at reparere DNA -læsioner via den relevante reparationsvej. En anden funktion ved Pol IV er at udføre translesionsyntese ved den stoppede replikationsgaffel som f.eks. At omgå N2-deoxyguaninaddukter med en hurtigere hastighed end at transversere ubeskadiget DNA. Celler, der mangler dinB -gen, har en højere mutagenesehastighed forårsaget af DNA -skadelige midler.

Pol V

DNA-polymerase V (Pol V) er en Y-familie DNA-polymerase, der er involveret i SOS-respons og translesionsyntese- DNA-reparationsmekanismer. Transkription af Pol V via umuDC -generne er stærkt reguleret til kun at producere Pol V, når beskadiget DNA er til stede i cellen, der genererer et SOS -respons. Stallede polymeraser får RecA til at binde til ssDNA, hvilket får LexA -proteinet til at autodigestere. LexA mister derefter sin evne til at undertrykke transkriptionen af ​​umuDC -operonen. Det samme RecA-ssDNA-nukleoprotein posttranslationalt modificerer UmuD-proteinet til UmuD 'protein. UmuD og UmuD 'danner en heterodimer, der interagerer med UmuC, som igen aktiverer umuCs polymerasekatalytiske aktivitet på beskadiget DNA. I E. coli er der foreslået en polymerase "værktøjsbælte" -model til at skifte pol III med pol IV ved en stoppet replikationsgaffel, hvor begge polymeraser binder samtidigt til β-klemmen. Imidlertid er involvering af mere end en TLS -polymerase, der arbejder i rækkefølge for at omgå en læsion, endnu ikke blevet vist i E. coli. Desuden kan Pol IV katalysere både indsættelse og forlængelse med høj effektivitet, hvorimod pol V betragtes som den vigtigste SOS TLS -polymerase. Et eksempel er bypass af intra-streng guanintymin-tværbinding, hvor det blev vist på grundlag af forskellen i mutationssignaturerne for de to polymeraser, at pol IV og pol V konkurrerer om TLS af den intra-streng tværbinding.

Familie D

I 1998 blev familien D af DNA -polymerase opdaget i Pyrococcus furiosus og Methanococcus jannaschii . PolD -komplekset er en heterodimer af to kæder, der hver kodes af DP1 (lille korrekturlæsning) og DP2 (stor katalytisk). I modsætning til andre DNA-polymeraser ligner strukturen og mekanismen i DP2-katalytiske kerne strukturen for RNA-polymeraser med flere underenheder . DP1-DP2-grænsefladen ligner den for eukaryotisk klasse B-polymerase zinkfinger og dens lille underenhed. DP1, en Mre11 -lignende exonuklease, er sandsynligvis forløberen for lille underenhed af Pol α og ε , hvilket giver korrekturlæsningskapacitet nu tabt i Eukaryoter. Dets N-terminale HSH-domæne ligner AAA-proteiner , især Pol III-underenhed δ og RuvB , i struktur. DP2 har et klasse II KH -domæne . Pyrococcus abyssi polD er mere varmestabil og mere præcis end Taq- polymerase, men er endnu ikke blevet kommercialiseret. Det er blevet foreslået, at familie D DNA -polymerase var den første til at udvikle sig i cellulære organismer, og at den replikative polymerase af den sidste universelle cellulære forfader (LUCA) tilhørte familie D.

Eukaryotisk DNA -polymerase

Polymeraser β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) og TdT

Familie X-polymeraser indeholder den velkendte eukaryote polymerase pol β (beta) , såvel som andre eukaryote polymeraser, såsom Pol σ (sigma), Pol λ (lambda) , Pol μ (mu) og Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) . Familie X -polymeraser findes hovedsageligt hos hvirveldyr, og nogle få findes i planter og svampe. Disse polymeraser har stærkt bevarede områder, der inkluderer to helix-hårnål-helix-motiver, der er tvingende nødvendige i DNA-polymerase-interaktionerne. Et motiv er placeret i 8 kDa domænet, der interagerer med nedstrøms DNA, og et motiv er placeret i tommelfingerdomænet, der interagerer med primerstrengen. Pol β, der kodes af POLB-gen, er påkrævet til reparation af kort patch- base-excision , en DNA-reparationsvej, der er afgørende for reparation af alkylerede eller oxiderede baser samt abasiske steder . Pol λ og pol μ, der kodes af de POLL og POLM gener henholdsvis er involveret i ikke-homolog endesammenbinding , en mekanisme til gensammenføjning DNA dobbelt-strengbrud grund hydrogenperoxid og ioniserende stråling henholdsvis. TdT udtrykkes kun i lymfoide væv og tilføjer "n-nukleotider" til dobbeltstrengede brud dannet under V (D) J-rekombination for at fremme immunologisk mangfoldighed.

Polymeraser α, δ og ε (alfa, delta og epsilon)

Pol α (alfa) , Pol δ (delta) og Pol ε (epsilon) er medlemmer af familie B -polymeraser og er de vigtigste polymeraser, der er involveret i nuklear DNA -replikation. Pol α-kompleks (pol α-DNA-primasekompleks) består af fire underenheder: den katalytiske underenhed POLA1 , den regulatoriske underenhed POLA2 og de små og store primase-underenheder PRIM1 og PRIM2 hhv. Når primase har skabt RNA -primeren, starter Pol α replikation, der forlænger primeren med ~ 20 nukleotider. På grund af sin høje processivitet overtager Pol δ den førende og halende strengsyntese fra Pol α. Pol δ udtrykkes af generne POLD1 , hvilket skaber den katalytiske underenhed, POLD2 , POLD3 og POLD4, der skaber de andre underenheder, der interagerer med proliferating cell Nuclear Antigen (PCNA), som er en DNA -klemme, der gør det muligt for Pol δ at besidde processivitet. Pol ε kodes af POLE1 , det katalytiske underenhed, POLE2 og POLE3 -genet. Det er blevet rapporteret, at funktionen af ​​Pol ε er at forlænge den ledende streng under replikation, mens Pol δ primært replikerer den halterende streng; nyere bevis tyder imidlertid på, at Pol δ også kan have en rolle i at replikere den ledende DNA -streng. Pol ε's C-terminus "polymerase relikvie" -region, trods at den er unødvendig for polymeraseaktivitet, menes at være afgørende for cellens vitalitet. C-terminalregionen menes at tilvejebringe et kontrolpunkt inden anaphase kommer ind, give holoenzym stabilitet og tilføje proteiner til holoenzymet, der er nødvendigt for initiering af replikation. Pol ε har et større "palme" -domæne, der giver høj processivitet uafhængigt af PCNA.

Sammenlignet med andre Family B -polymeraser inaktiveres DEDD -exonukleasefamilien, der er ansvarlig for korrekturlæsning, i Pol α. Pol ε er unik ved, at den har to zinkfingerdomæner og en inaktiv kopi af en anden familie B-polymerase i sin C-terminal. Tilstedeværelsen af ​​denne zinkfinger har betydning for Eukaryotas oprindelse, som i dette tilfælde placeres i Asgard -gruppen med archaeal B3 -polymerase.

Polymeraser η, ι og κ (eta, iota og kappa)

Pol η (eta) , Pol ι (iota) og Pol κ (kappa) er familie Y -DNA -polymeraser, der er involveret i DNA -reparationen ved translation syntese og kodet af generne POLH, POLI og POLK . Medlemmer af familie Y har fem fælles motiver til at hjælpe med at binde substratet og primerterminalen, og de inkluderer alle den typiske højre tommelfinger, håndflade og finger domæner med tilføjede domæner som lillefinger (LF), polymerase-associeret domæne (PAD) eller håndled. Det aktive sted adskiller sig imidlertid mellem familiemedlemmer på grund af de forskellige læsioner, der repareres. Polymeraser i familie Y er low-fidelity polymeraser, men har vist sig at gøre mere gavn end skade, da mutationer, der påvirker polymerasen, kan forårsage forskellige sygdomme, såsom hudkræft og Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Betydningen af ​​disse polymeraser fremgår af det faktum, at gen, der koder for DNA -polymerase η, betegnes XPV, fordi tab af dette gen resulterer i sygdommen Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η er særlig vigtig for at tillade præcis translesionsyntese af DNA -skader som følge af ultraviolet stråling . Pol κs funktionalitet er ikke fuldstændig forstået, men forskere har fundet to sandsynlige funktioner. Pol thought menes at fungere som en forlænger eller en indsætter af en bestemt base ved visse DNA -læsioner. Alle tre translesionsyntesepolymeraser sammen med Rev1 rekrutteres til beskadigede læsioner via stoppede replikative DNA -polymeraser. Der er to veje til skadereparation, der fører forskere til at konkludere, at den valgte vej afhænger af, hvilken streng der indeholder skaden, den førende eller halter streng.

Polymeraser Rev1 og ζ (zeta)

Pol ζ en anden B -familie -polymerase, består af to underenheder Rev3 , den katalytiske underenhed og Rev7 ( MAD2L2 ), som øger polymerasens katalytiske funktion og er involveret i translesionsyntese. Pol acks mangler 3 'til 5' exonukleaseaktivitet, er unik ved, at den kan forlænge primere med terminale mismatch. Rev1 har tre områder af interesse i BRCT-domænet , ubiquitin-bindende domæne og C-terminal domæne og har dCMP-transferase-evne, hvilket tilføjer deoxycytidin modsatte læsioner, der ville standse replikative polymeraser Pol δ og Pol ε. Disse standserede polymeraser aktiverer ubiquitin -komplekser, der igen adskiller replikationspolymeraser og rekrutterer Pol ζ og Rev1. Sammen tilføjer Pol ζ og Rev1 deoxycytidin, og Pol ends strækker sig forbi læsionen. Gennem en endnu ubestemt proces adskiller Pol and, og replikationspolymeraser associerer og fortsætter replikationen. Pol ζ og Rev1 er ikke påkrævet for replikation, men tab af REV3-gen i spirende gær kan forårsage øget følsomhed over for DNA-skadelige midler på grund af sammenbrud af replikationsgafler, hvor replikationspolymeraser er gået i stå.

Telomerase

Telomerase er et ribonukleoprotein, der fungerer til at replikere ender af lineære kromosomer, da normal DNA -polymerase ikke kan replikere enderne eller telomerer . Enkeltstrenget 3 'overhæng af dobbeltstrenget kromosom med sekvensen 5'-TTAGGG-3' rekrutterer telomerase. Telomerase virker som andre DNA -polymeraser ved at forlænge 3' -enden, men i modsætning til andre DNA -polymeraser kræver telomerase ikke en skabelon. TERT -underenheden, et eksempel på en revers transkriptase , bruger RNA -underenheden til at danne primer -template -krydset, der tillader telomerase at forlænge 3' -enden af ​​kromosomender. Det gradvise fald i størrelsen af ​​telomerer som følge af mange replikationer i løbet af en levetid menes at være forbundet med virkningerne af aldring.

Polymeraser γ, θ og ν (gamma, theta og nu)

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) og Pol ν (nu) er Family A -polymeraser. Pol y, kodet af POLG -genet, blev længe antaget at være den eneste mitokondrielle polymerase. Nyere forskning viser imidlertid, at mindst Pol β (beta) , en Family X -polymerase, også er til stede i mitokondrier. Enhver mutation, der fører til begrænset eller ikke-fungerende Pol γ, har en betydelig effekt på mtDNA og er den mest almindelige årsag til autosomale nedarvede mitokondrielle lidelser. Pol γ indeholder et C-terminal polymerase domæne og et N-terminus 3'– 5 'exonuclease domæne, der er forbundet via linkerområdet, som binder den ekstra underenhed. Tilbehørsunderenheden binder DNA og er påkrævet for procession af Pol γ. Punktmutation A467T i linkerområdet er ansvarlig for mere end en tredjedel af alle Pol γ-associerede mitokondrielle lidelser. Mens mange homologer af Pol θ, kodet af POLQ -genet, findes i eukaryoter, er dens funktion ikke klart forstået. Aminosyresekvensen i C-terminalen er det, der klassificerer Pol θ som Family A-polymerase, selvom fejlfrekvensen for Pol θ er tættere beslægtet med Family Y-polymeraser. Pol ends udvider uoverensstemmende primertermini og kan omgå abasiske steder ved at tilføje et nukleotid. Det har også Deoxyribophosphodiesterase (dRPase) aktivitet i polymerasedomænet og kan vise ATPase -aktivitet i nærheden af ​​ssDNA. Pol ν (nu) anses for at være den mindst effektive af polymeraseenzymerne. Imidlertid spiller DNA -polymerase nu en aktiv rolle i homologireparation under cellulære reaktioner på tværbindinger og opfylder sin rolle i et kompleks med helicase .

Planter bruger to Family A -polymeraser til at kopiere både mitochrondrial- og plastidgener. De ligner mere bakteriel Pol I, end de ligner mamallian Pol γ.

Omvendt transkriptase

Retrovira koder for en usædvanlig DNA-polymerase kaldet reverse transcriptase , som er en RNA-afhængig DNA-polymerase (RdDp), der syntetiserer DNA fra en skabelon af RNA. Revers-transkriptasefamilien indeholder både DNA-polymerasefunktionalitet og RNase H-funktionalitet, som nedbryder RNA-baseparret til DNA. Et eksempel på et retrovirus er HIV . Revers transkriptase anvendes almindeligvis til amplifikation af RNA til forskningsformål. Ved hjælp af en RNA -skabelon kan PCR udnytte reverse transkriptase og skabe en DNA -skabelon. Denne nye DNA -skabelon kan derefter bruges til typisk PCR -amplifikation. Produkterne fra et sådant eksperiment er således amplificerede PCR -produkter fra RNA.

Hver HIV -retroviruspartikel indeholder to RNA -genomer , men efter en infektion genererer hvert virus kun et provirus . Efter infektion ledsages omvendt transkription af skabelonskift mellem de to genomkopier (rekombination af kopivalg). Fra 5 til 14 rekombinationshændelser pr. Genom forekommer ved hver replikationscyklus. Skabelonskift (rekombination) synes at være nødvendig for at opretholde genomets integritet og som en reparationsmekanisme til redning af beskadigede genomer.

Bakteriofag T4 DNA -polymerase

Bakteriofag (fag) T4 koder for en DNA -polymerase, der katalyserer DNA -syntese i en 5 'til 3' retning. Fagpolymerasen har også en exonukleaseaktivitet , der virker i en 3 'til 5' retning, og denne aktivitet anvendes til korrekturlæsning og redigering af nyindsatte baser. En fagmutant med en temperaturfølsom DNA-polymerase , når den dyrkes ved tilladte temperaturer, blev observeret at undergå rekombination ved frekvenser, der er cirka to gange højere end vildtypens fag.

Det blev foreslået, at en mutationsændring i fag -DNA -polymerasen kan stimulere skabelonstrengskift (rekombination af kopivalg) under replikation .

Se også

• Biologiske maskiner
• DNA -sekventering
• Enzymkatalyse
• Genetisk rekombination
• Molekylær kloning
• Polymerasekædereaktion
• Proteindomæne dynamik
• Omvendt transskription
• RNA -polymerase
• Taq DNA -polymerase

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links

• DNA+polymeraser på US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• PDB -månedens molekyle DNA -polymerase
• Usædvanlig reparationsmekanisme i DNA -polymerase lambda , Ohio State University , 25. juli 2006.
• En fantastisk animation af DNA Polymerase fra WEHI kl. 1:45 minutter
• 3D makromolekylære strukturer af DNA -polymerase fra EM Data Bank (EMDB)