Polimeraza DNA

Krok 2 replikacji DNA: Tworzenie nowego łańcucha z polimerazą DNA. Źródło: Christinelmiller, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Co to jest polimeraza DNA?

Polimeraza DNA Jest to enzym odpowiedzialny za katalizowanie polimeryzacji nowej nici DNA podczas replikacji tej cząsteczki. Jego główną funkcją jest parowanie. Uczestniczy także w naprawie DNA.

Ten enzym umożliwia prawidłowe dopasowanie podstawy DNA łańcucha pleśni a nową, po schemacie A jest widoczne z T, a G z C.

Proces replikacji DNA musi być skuteczny i powinien być przeprowadzany szybko, więc polimeraza DNA działa poprzez dodanie około 700 nukleotydów na sekundę i powoduje tylko jeden błąd na 10⁹ lub 10¹⁰ Włączone nukleotydy.

Istnieją różne rodzaje polimerazy DNA. Różnią się one zarówno w eukariotach, jak i prokariotach, a każdy z nich ma specyficzną rolę w replikacji i naprawie DNA.

Chłopaki

Prokariotes

Organizmy prokariotyczne (organizmy bez prawdziwego jądra, ograniczone przez błonę) mają trzy główne polimerazy DNA, powszechnie skrócone jako Pol I, II i III.

Polimeraza DNA I uczestniczy w replikacji i naprawie DNA i ma aktywność egzonukleazy w obu kierunkach. Uważa się, że rola tego enzymu w replikacji jest wtórna.

II uczestniczy w naprawie DNA, a jego aktywność egzonukleazy wynosi w tym sensie 3'-5 '. III uczestniczy w replikacji i przeglądzie DNA, a także w poprzednim enzymie, przedstawia aktywność egzonukleazową jest w sensie 3'-5 '.

Eucarotas

Eukarioty (organizmy z prawdziwym jądrem, ograniczone przez błonę) mają pięć polimerazy DNA, zwanych literami greckiego alfabetu: α, β, γ, δ i ε.

Może ci służyć: utlenianie beta kwasów tłuszczowych: kroki, reakcje, produkty, regulacja

Polimeraza γ znajduje się w mitochondriach i jest odpowiedzialna za replikację materiału genetycznego w tej komórkowej organelli. Natomiast pozostałe cztery są w rdzeniu komórek i są zaangażowane w replikację jądrowego DNA.

Warianty α, δ i ε są najbardziej aktywne w procesie podziału komórek, co sugeruje, że ich główna funkcja jest związana z wytwarzaniem kopii DNA.

Tymczasem polimeraza DNA β przedstawia piki aktywności w komórkach, które nie są podzielone, więc zakłada się, że jej główna funkcja jest związana z naprawą DNA.

Różne eksperymenty udało się zweryfikować hipotezę, która w większości wiąże się z polimerazami α, δ i ε z replikacją DNA. Typy γ, δ i ε przedstawiają aktywność egzonukleazy 3'-5 '.

Archaeas

Nowe metody sekwencjonowania udało się zidentyfikować ogromną różnorodność rodzin polimerazy DNA. W łukach zidentyfikowano rodzinę enzymów, zwaną rodziną D, które są unikalne dla tej grupy organizmów.

Funkcje

Replikacja DNA

Replikacja DNA wymaga serii enzymów, które katalizują proces. Wśród tych cząsteczek białka wyróżnia się polimeraza DNA.

Wszystkie znane polimerazy DNA mają dwie podstawowe właściwości związane z procesem replikacji.

• Po pierwsze, wszystkie polimerazy syntetyzują nici DNA w kierunku 5'-3 ', dodając DNT do grupy hydroksylowej rosnącego łańcucha.
• Po drugie, polimeraza DNA nie może zacząć syntetyzować nowego łańcucha niczego. Potrzebują dodatkowego elementu znanego jako pierwszy lub gruntowanie, który jest cząsteczką utworzoną przez kilka nukleotydów przyznanych przez wolną grupę hydroksylową, w której polimeraza może być zakotwiczona i rozpocząć swoją aktywność. Jest to jedna z podstawowych różnic między polimerazami DNA i RNA, ponieważ ta ostatnia jest w stanie rozpocząć syntezę łańcucha Novo.

Naprawa DNA

DNA jest stale narażone na czynniki, zarówno endogenne, jak i egzogenne, co może go uszkodzić. Te uszkodzenia mogą blokować replikację i gromadzić się, aby wpływać na ekspresję genów, generując problemy w różnych procesach komórkowych.

Może ci podać: czekoladowy agar

Oprócz jego funkcji w procesie replikacji DNA, polimeraza jest również kluczowym składnikiem mechanizmów naprawy DNA. Mogą również działać jako czujniki w cyklu komórkowym, które zapobiegają wejściu do fazy podziału, jeśli DNA jest uszkodzone.

Struktura

Obecnie, dzięki badaniom krystalografii, możliwe było wyjaśnienie struktur różnych polimeraz. Na podstawie ich pierwotnej sekwencji polimerazy są pogrupowane w rodziny: A, B, C, X i Y.

Niektóre aspekty są wspólne dla wszystkich polimeraz, szczególnie tych związanych z centrami katalitycznymi enzymu.

Obejmują one dwa kluczowe aktywne miejsca, które mają jony metali, z dwoma pozostałościami asparaginianowymi i zmienną pozostałością, zarówno asparaginianem, jak i glutaminianem, który koordynuje metale. Istnieje kolejna seria ładowanych odpadów otaczających centrum katalityczne i są zachowane w różnych polimerazach.

W prokariotach polimeraza DNA I jest polipeptydem 103 kD, II jest polipeptydem 88 kD, a III składa się z dziesięciu podjednostek.

U eukariotów enzymy są większe i bardziej złożone: α powstaje przez pięć jednostek, β i γ dla podjednostki, δ dla dwóch podjednostek i ε przez 5 na 5.

Aplikacje

PRC

Reakcja łańcuchowa polimerazy (PRC) jest metodą stosowaną we wszystkich laboratoriach biologii molekularnej, dzięki jej przydatności i prostocie. Celem tej metody jest masowe wzmocnienie ciekawej cząsteczki DNA.

Aby to osiągnąć, biolodzy używają polimerazy DNA, który nie jest uszkodzony przez ciepło (wysoka temperatura jest niezbędna dla tego procesu), aby wzmocnić cząsteczkę. Rezultatem tego procesu jest duża liczba cząsteczek DNA, które można stosować w różnych celach.

Może ci służyć: alfa amilasa: Charakterystyka, struktura, funkcje

Jednym z najwybitniejszych zysków klinicznych tej techniki jest jej zastosowanie w diagnozie medycznej. PRC można zastosować do sprawdzenia obecności bakterii patogennych i wirusów u pacjentów, jak w przypadku koronawirusa.

Antybiotyki i leki przeciwnowotworowe

Znaczna liczba leków cel.

W niektórych z nich biała jest hamowanie aktywności polimerazy DNA. Na przykład leki chemioterapeutyczne Citarabina, zwane także cytozyną arabinozydem, wyłącza polimerazę DNA.

Bibliografia

1. Alberts, ur., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a.D., Lewis, J., Raff, m.,… I Walter, P. Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Cann, ja. K., I Ishino i. Archaeal DNA Replikacja: identyfikacja elementów w celu rozwiązania zagadki. Genetyka.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. I. Komórka: zbliżaj się do molekularnej. Medicinska Naklada.