DNA-polymeras typer, funktion och struktur



den DNA-polymeras är ett enzym som är ansvarigt för att katalysera polymerisationen av den nya DNA-DNA under replikationen av denna molekyl. Dess huvudsakliga funktion är att matcha deoxiribonukleotidtrifosfater med de i mallkedjan. Det deltar också i DNA-reparation.

Detta enzym möjliggör den korrekta matchningen mellan mögelkedjans DNA-baser och den nya, följt av A-paret par med T och G med C.

DNA-replikationsprocessen måste vara effektiv och måste utföras snabbt, så DNA-polymeraset verkar genom att tillsätta cirka 700 nukleotider per sekund och gör endast ett fel var 10: ei9 eller 1010 inbäddade nukleotider.

Det finns olika typer av DNA-polymeras. Dessa varierar i både eukaryoter och prokaryoter, och varje har en specifik roll i DNA-replikation och reparation..

Det är möjligt att en av de första enzymerna som framträder i utvecklingen har varit polymeraser, eftersom förmågan att replikera genomet noggrant är ett iboende krav på utveckling av organismer.

Upptäckten av detta enzym beror på Arthur Kornberg och hans kollegor. Denna forskare identifierade DNA-polymeras I (Pol I) 1956 under arbetet med Escherichia coli. På samma sätt var det Watson och Crick som föreslog att detta enzym kunde producera trogna kopior av DNA-molekylen.

index

  • 1 typer
    • 1.1 Prokaryoter
    • 1,2 eukaryoter
    • 1.3 bågar
  • 2 Funktioner: DNA-replikering och reparation
    • 2.1 Vad är DNA-replikation?
    • 2.2 Reaktion
    • 2.3 Egenskaper hos DNA-polymeraser
    • 2.4 Fragments of Okazaki
    • 2,5 DNA reparation
  • 3 struktur
  • 4 applikationer
    • 4,1 PRC
    • 4.2 Antibiotika och antitumörmedel
  • 5 referenser

Typ

prokaryoter

Prokaryota organismer (organismer utan en sann kärna, avgränsad av ett membran) har tre huvudsakliga DNA-polymeraser, vanligtvis förkortade som pol I, II och III.

DNA-polymeras I deltar i replikationen och reparationen av DNA och har exonukleasaktivitet i båda riktningarna. Det anses att rollen för detta enzym i replikation är sekundär.

II deltar i DNA-reparation och dess exonukleasaktivitet ligger i 3'-5'-riktningen. III deltar i replikationen och revideringen av DNA, och som det föregående enzymet presenteras exonukleasaktiviteten ligger i 3'-5'-riktningen.

eukaryot

Eukaryotema (organismer med en sann kärna, avgränsad av ett membran) har fem DNA-polymeraser, betecknade med bokstäverna i det grekiska alfabetet: a, β, γ, δ och ε.

Y-polymeraset är beläget i mitokondrier och ansvarar för replikationen av det genetiska materialet i denna cellulära organell. I motsats härtill återfinns de andra fyra i kärnan i cellerna och är involverade i kärn DNA-replikation.

A-, 5- och ε-varianterna är de mest aktiva i celldelningsprocessen, vilket tyder på att deras huvudsakliga funktion är associerad med produktion av DNA-kopior.

DNA-polymeras-3, å andra sidan, uppvisar aktivitetssteg i cellerna som inte delas, varför det antas att dess huvudsakliga funktion är förknippad med reparationen av DNA.

Olika experiment har kunnat verifiera hypotesen att de associerar huvudsakligen polymeraser a, 5 och e med DNA-replikation. Typerna y, 5 och e uppvisar 3'-5 'exonukleasaktivitet.

arkéer

De nya metoderna för sekvensering har lyckats identifiera ett stort antal familjer av DNA-polymeraser. I archaea har vi specifikt identifierat en familj av enzymer, kallade D-familjen, vilka är unika för denna grupp av organismer.

Funktioner: DNA-replikering och reparation

Vad är DNA-replikation?

DNA är molekylen som bär all genetisk information av en organism. Den består av ett socker, en kvävebas (adenin, guanin, cytosin och tymin) och en fosfatgrupp.

Under celldelningsprocesser, som ständigt förekommer, måste DNA kopieras snabbt och noggrant - specifikt i S-fasen av cellcykeln. Denna process där cellen kopierar DNA är känd som replikation.

Strukturellt bildas DNA-molekylen av två strängar och bildar en helix. Under replikationsprocessen separeras dessa, och var och en fungerar som ett temperament för bildandet av en ny molekyl. Således övergår de nya strängarna till dotterceller i celldelningsprocessen.

Eftersom varje sträng är härdad sägs det att DNA-replikation är semikonservativ - i slutet av processen består den nya molekylen av en ny sträng och en gammal sträng. Denna process beskrevs 1958 av forskarna Meselson och Stahl, med användning av isophotos.

DNA-replikation kräver en serie enzymer som katalyserar processen. Bland dessa proteinmolekyler sticker DNA-polymeras ut.

reaktion

För att DNA-syntes ska uppstå krävs de nödvändiga substraten för processen: deoxiribonukleotidtrifosfaterna (dNTP)

Reaktionsmekanismen innefattar en nukleofil attack av hydroxylgruppen vid 3'-änden av den växande strängen i alfa-fosfatet av komplementär dNTP, vilket eliminerar ett pyrofosfat. Detta steg är mycket viktigt, eftersom energin för polymerisationen kommer från hydrolysen av dNTP och det resulterande pyrofosfatet.

Pol III eller alfabetet förenar det första (se polymeras egenskaper) och börjar lägga till nukleotiderna. Epsilonen förlänger ledarkedjan, och deltaet förlänger den fördröjda strängen.

Egenskaper hos DNA-polymeraser

Alla kända DNA-polymeraser delar två väsentliga egenskaper associerade med replikationsprocessen.

Först syntetiserar alla polymeraser DNA-strängen i 5'-3'-riktningen, tillsätter dNTP till hydroxylgruppen i odlingskedjan.

För det andra kan DNA-polymeraser inte börja syntetisera en ny kedja från ingenting. De behöver ett ytterligare element som kallas primer eller primer, vilken är en molekyl bildad av några nukleotider som ger en fri hydroxylgrupp, där polymeras kan förankra och starta sin aktivitet.

Detta är en av de grundläggande skillnaderna mellan DNA och RNA-polymeraser, eftersom den senare är kapabel att initiera syntesen av en kedja de novo.

Fragments of Okazaki

Den första egenskapen hos DNA-polymeraserna som nämnts i föregående avsnitt är en komplikation för semikonservativ replikation. Eftersom de två DNA-strängarna löper på ett antiparallellt sätt, syntetiseras en av dem på ett diskontinuerligt sätt (vilket skulle behöva syntetiseras i 3'-5'-riktningen).

I den fördröjda strängen sker diskontinuerlig syntes med hjälp av polymeras normala aktivitet, 5'-3 'och de resulterande fragmenten, som är kända i litteraturen som Okazaki-fragment, är bundna av ett annat enzym, ligas.

DNA reparation

DNA exponeras ständigt för faktorer, både endogena och exogena, som kan skada den. Dessa skador kan blockera replikationen och ackumulera, så att de påverkar generens uttryck, genererar problem i de olika cellulära processerna.

Förutom sin roll i DNA-replikationsprocessen är polymeras också en nyckelkomponent i DNA-reparationsmekanismer. De kan också fungera som sensorer i cellcykeln som förhindrar tillträde till delningsfasen om DNA: n är skadad.

struktur

För närvarande, tack vare studier av kristallografi, har det varit möjligt att belysa strukturerna hos olika polymeraser. Baserat på sin primära sekvens grupperas polymeraser i familjer: A, B, C, X och Y.

Vissa aspekter är vanliga för alla polymeraser, särskilt de som är relaterade till enzymets katalytiska centra.

Dessa inkluderar två viktiga aktiva ställen som har metalljoner, med två aspartatrester och en variabel rest - antingen aspartat eller glutamat, som koordinerar metallerna. Det finns en annan serie laddade rester som omger det katalytiska centret och bevaras i de olika polymeraserna.

I prokaryoter är DNA-polymeras I en 103 kd polypeptid, II är en 88 kd polypeptid och III är sammansatt av tio underenheter.

I eukaryoter är enzymerna större och mer komplexa: a bildas av fem enheter, p och y med en subenhet, 5 med två subenheter och e med 5..

tillämpningar

PRC

Polymeraskedjereaktionen (PRC) är en metod som används i alla molekylärbiologilaboratorier tack vare dess användbarhet och enkelhet. Syftet med denna metod är att massivt förstärka en DNA-molekyl av intresse.

För att uppnå detta använder biologer ett DNA-polymeras som inte skadas av värme (höga temperaturer är oumbärliga för denna process) för att förstärka molekylen. Resultatet av denna process är ett stort antal DNA-molekyler som kan användas för olika ändamål.

Ett av de mest utmärkta kliniska verktygen i tekniken är dess användning vid medicinsk diagnos. Kina kan användas för att kontrollera förekomsten av patogena bakterier och virus hos patienter.

Antibiotika och antitumörmedel

Ett betydande antal droger syftar till att avkorta mekanismerna för DNA-replikation i den patogena organismen, vare sig det är ett virus eller en bakterie.

I något av detta är målet inhibering av DNA-polymerasaktivitet. Till exempel, det kemoterapeutiska läkemedelcytarabinet, även kallat cytosin-arabinosid, avaktiverar DNA-polymeras.

referenser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... & Walter, P. (2015). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
  2. Cann, I. K., & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikation: identifiera bitarna för att lösa ett pussel. Genetics, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M., & Hausman, R.E. (2004). Cellen: Molekylär tillvägagångssätt. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M. & Bebenek, K. (2007). Multipla funktioner av DNA-polymeraser. Kritiska recensioner inom växtvetenskap, 26(2), 105-122.
  5. Shcherbakova, P.V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funktioner av eukaryota DNA-polymeraser. Vetenskapens SAGE KE, 2003(8), 3.
  6. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymeraser: strukturell mångfald och gemensamma mekanismer. Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395-17398.
  7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L.G., och Wilson, S.H. (2013). Strukturell jämförelse av DNA-polymerasarkitektur föreslår en nukleotidgateway till polymerasaktiv plats. Kemiska recensioner, 114(5), 2759-74.