DNA polimeraz çeşitleri, fonksiyonları ve yapıları



DNA polimeraz bu molekülün replikasyonu sırasında yeni DNA zincirinin polimerizasyonunu katalize etmekten sorumlu olan bir enzimdir. Başlıca işlevi deoksiribonükleotit trifosfatları şablon zincirininkilerle eşleştirmektir. Ayrıca DNA onarımına katılır.

Bu enzim, A ve T ile eşleşen A şemasını takip ederek kalıp zincirinin DNA bazları ile yenisi arasında doğru eşleşmeye izin verir..

DNA replikasyon işlemi etkili olmalı ve hızlı bir şekilde gerçekleştirilmelidir, böylece DNA polimeraz saniyede yaklaşık 700 nükleotit ekleyerek hareket eder ve sadece her 10 günde bir hata yapar9 veya 1010 gömülü nükleotidler.

Farklı DNA polimeraz türleri vardır. Bunlar hem ökaryotlarda hem de prokaryotlarda değişiklik gösterir ve her birinin DNA replikasyonu ve onarımında özel bir rolü vardır..

Evrimde ortaya çıkan ilk enzimlerden birinin polimeraz olması olasıdır, çünkü genomu doğru bir şekilde çoğaltma yeteneği organizmaların gelişimi için içsel bir gereksinimdir..

Bu enzimin keşfi, Arthur Kornberg ve meslektaşlarına atfedilir. Bu araştırmacı, 1956'da DNA polimeraz I (Pol I) 'i birlikte çalışırken tanımladı. Escherichia coli. Benzer şekilde, bu enzimin DNA molekülünün sadık kopyalarını üretebileceğini öneren Watson ve Crick idi..

indeks

  • 1 Türleri
    • 1.1 Prokaryotlar
    • 1.2 Ökaryotlar
    • 1.3 Kemerler
  • 2 Fonksiyonlar: DNA replikasyonu ve onarımı
    • 2.1 DNA replikasyonu nedir?
    • 2.2 Tepki
    • 2.3 DNA polimerazların özellikleri
    • 2.4 Okazaki'nin Parçaları
    • 2.5 DNA onarımı
  • 3 yapı
  • 4 uygulama
    • 4.1 PRC
    • 4.2 Antibiyotikler ve antitümör ilaçlar
  • 5 Kaynakça

tip

prokaryotlar

Prokaryotik organizmalar (bir zarla sınırlanmış gerçek bir çekirdeği olmayan organizmalar) genel olarak pol I, II ve III olarak kısaltılmış üç ana DNA polimerazına sahiptir..

DNA polimeraz I, DNA replikasyonu ve onarımına katılır ve her iki yönde de ekzonükleaz aktivitesine sahiptir. Bu enzimin replikasyondaki rolünün ikincil olduğu düşünülmektedir..

II, DNA onarımına katılır ve eksonükleaz aktivitesi, 3'-5 'yönündedir. III, DNA'nın replikasyonuna ve revizyonuna katılır ve önceki enzim gibi, eksonükleaz aktivitesinin 3'-5 'yönünde olduğunu gösterir..

ökaryotik

Ökaryotlar (bir zarla sınırlanmış gerçek çekirdeği olan organizmalar), Yunan alfabesinin harfleriyle adlandırılan beş DNA polimerazına sahiptir: α, β, γ, δ ve ε.

Γ Polimeraz mitokondride bulunur ve bu hücresel organeldeki genetik materyalin çoğaltılmasından sorumludur. Buna karşılık, diğer dördü hücrelerin çekirdeğinde bulunur ve nükleer DNA replikasyonunda rol oynar.

Α, δ ve ε varyantları hücre bölünmesi sürecinde en aktif olanıdır, ana fonksiyonlarının DNA kopyalarının üretimi ile ilişkili olduğunu düşündürür..

Diğer yandan, DNA polimeraz divid, bölünmeyen hücrelerde aktivite doruklarına sahiptir, ana fonksiyonunun DNA tamiri ile ilişkili olduğu varsayılmasının nedenidir..

Farklı deneyler, temelde a, α ve poly polimerazlarını DNA replikasyonu ile ilişkilendirdikleri hipotezini doğrulayabildi. Γ, δ ve ε tipleri 3'-5 'eksonükleaz aktivitesi gösterir.

archaea

Yeni sıralama yöntemleri, çok çeşitli DNA polimeraz ailesini tanımlamayı başardı. Özellikle archaeada, bu organizma grubuna özgü D ailesi adı verilen bir enzim ailesi tanımladık..

İşlevler: DNA replikasyonu ve onarımı

DNA replikasyonu nedir?

DNA, bir organizmanın tüm genetik bilgisini taşıyan moleküldür. Bir şeker, azotlu bir baz (adenin, guanin, sitozin ve timin) ve bir fosfat grubundan oluşur.

Sürekli olarak gerçekleşen hücre bölünmesi işlemleri sırasında DNA, özellikle hücre döngüsünün S aşamasında, hızlı ve doğru bir şekilde kopyalanmalıdır. Hücrenin DNA'yı kopyaladığı bu işlem, replikasyon olarak bilinir..

Yapısal olarak, DNA molekülü iki sarmaldan oluşur ve bir sarmal oluşturur. Replikasyon işlemi sırasında bunlar ayrılır ve her biri yeni bir molekülün oluşumu için bir öfke görevi görür. Böylece yeni iplikler hücre bölünmesi sürecinde kız hücrelere geçer..

Her bir iplik temperlendiğinden, DNA replikasyonunun yarı koruyucu olduğu söylenir - işlemin sonunda, yeni molekül yeni bir iplikçik ve eski bir iplikçikten oluşur. Bu işlem 1958'de araştırmacılar Meselson ve Stahl tarafından izophotos kullanılarak tanımlanmıştır..

DNA replikasyonu, süreci katalize eden bir dizi enzim gerektirir. Bu protein molekülleri arasında, DNA polimeraz öne çıkıyor.

reaksiyon

DNA sentezinin gerçekleşmesi için işlem için gerekli substratlar gereklidir: deoksiribonükleotit trifosfatlar (dNTP)

Reaksiyonun mekanizması, tamamlayıcı dNTP'nin alfa fosfatındaki büyüyen iplikçinin 3 'ucundaki hidroksil grubunun, bir pirofosfatın elimine edildiği bir nükleofilik saldırıyı içerir. Bu adım çok önemlidir, çünkü polimerizasyon için enerji dNTP'nin ve bunun sonucunda ortaya çıkan pirofosfatın hidrolizinden gelir..

Pol III veya alfa ilkine katılır (polimerazların özelliklerine bakınız) ve nükleotidleri eklemeye başlar. Epsilon lider zincirini uzatır ve delta geciken ipi uzatır.

DNA polimerazların özellikleri

Bilinen tüm DNA polimerazları, çoğaltma işlemiyle ilişkili iki temel özelliği paylaşır.

İlk olarak, tüm polimerazlar, DNA zincirini 5'-3 'yönünde sentezleyerek dNTP'yi büyüyen zincirin hidroksil grubuna ekler..

İkincisi, DNA polimerazları hiçbir şeyden yeni bir zincir sentezlemeye başlayamazlar. Polimerazın tutturduğu ve faaliyetine başlayabildiği serbest bir hidroksil grubu veren birkaç nükleotit tarafından oluşturulan bir molekül olan primer veya primer olarak bilinen ek bir elemana ihtiyaç duyarlar..

Bu, DNA ve RNA polimerazları arasındaki temel farklardan biridir, çünkü ikincisi bir zincirin sentezini başlatabilir de novo.

Okazaki'nin parçaları

Önceki bölümde belirtilen DNA polimerazlarının birinci özelliği, yarı-ikame edici replikasyon için bir komplikasyondur. İki DNA zinciri antiparalel bir şekilde çalıştığından, bunlardan biri süreksiz bir şekilde sentezlenir (ki bunun 3'-5 'yönünde sentezlenmesi gerekir).

Gecikmiş telde, süreksiz sentez polimerazın normal aktivitesi, 5'-3 'ile gerçekleşir ve sonuçta elde edilen fragmanlar - literatürde Okazaki fragmanları olarak bilinen - başka bir enzim, ligaz ile bağlanır.

DNA onarımı

DNA sürekli olarak hem iç hem de dış kaynaklı etkenlere zarar verebilir. Bu zararlar çoğalmayı engelleyebilir ve birikebilir, böylece genlerin ekspresyonunu etkileyerek çeşitli hücresel işlemlerde sorunlara neden olabilirler..

DNA replikasyon işlemindeki rolüne ek olarak, polimeraz ayrıca DNA onarım mekanizmalarının önemli bir bileşenidir. Ayrıca DNA zarar görürse hücre döngüsünde bölme aşamasına girişi önleyen sensörler olarak da hareket edebilirler..

yapı

Günümüzde kristalografi çalışmaları sayesinde çeşitli polimerazların yapılarının aydınlatılması mümkün olmuştur. Primer sekanslarına göre, polimerazlar ailelere ayrılır: A, B, C, X ve Y.

Bazı yönler, özellikle enzimin katalitik merkezleriyle ilgili olanlar gibi tüm polimerazlarda ortaktır..

Bunlar, iki aspartat tortusu ve değişken bir tortu içeren metal iyonlarına sahip iki anahtar aktif bölgeyi ve metalleri koordine eden aspartat veya glutamatı içerir. Katalitik merkezi çevreleyen ve farklı polimerazlarda korunan başka bir yüklü artık serisi vardır.

Prokaryotlarda DNA polimeraz I, 103 kd'lik bir polipeptittir, II 88kd'lik bir polipeptittir ve III, on alt birimden oluşur.

Ökaryotlarda, enzimler daha büyük ve daha karmaşıktır: α beş birim, β ve γ bir alt birim tarafından, two iki alt birim tarafından ve ε 5 tarafından oluşturulur..

uygulamaları

PRC

Polimeraz zincir reaksiyonu (PRC), kullanımı ve basitliği sayesinde, tüm moleküler biyoloji laboratuvarlarında kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemin amacı ilgilenilen bir DNA molekülünü toplu olarak büyütmektir..

Bunu başarmak için, biyologlar molekülü yükseltmek için ısıdan zarar görmeyen bir DNA polimeraz kullanır (bu işlem için yüksek sıcaklıklar kaçınılmazdır). Bu işlemin sonucu, farklı amaçlar için kullanılabilecek çok sayıda DNA molekülüdür..

Tekniğin en göze çarpan klinik faydalarından biri tıbbi tanıda kullanımıdır. PRC, hastalarda patojenik bakteri ve virüslerin varlığını kontrol etmek için kullanılabilir.

Antibiyotikler ve antitümör ilaçlar

Önemli bir sayıda ilaç, bir virüs veya bakteri olsun, patojenik organizmada DNA replikasyon mekanizmalarını kesmeyi amaçlar.

Bazılarında hedef, DNA polimeraz aktivitesinin inhibisyonudur. Örneğin, sitozin arabinosid olarak da adlandırılan kemoterapötik ilaç sitarabin, DNA polimerazını devre dışı bırakır.

referanslar

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A.D., Lewis, J., Raff, M., ... ve Walter, P. (2015). Temel hücre biyolojisi. Garland Bilim.
  2. Cann, I. K. ve Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA replikasyon: yapboz çözme parçalarının tanımlanması. genetik, 152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G.M., ve Hausman, R.E. (2004). Hücre: Moleküler yaklaşım. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M. ve Bebenek, K. (2007). DNA polimerazların çoklu fonksiyonları. Bitki bilimlerinde eleştirel incelemeler, 26(2), 105-122.
  5. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K. ve Kunkel, T.A. (2003). Ökaryotik DNA polimerazların işlevleri. Bilim'in SAGE KE, 2003(8), 3.
  6. Steitz, T.A. (1999). DNA polimerazları: yapısal çeşitlilik ve ortak mekanizmalar. Biyolojik Kimya Dergisi, 274(25), 17395-17398.
  7. Wu, S., Sakal, W.A., Pedersen, L.G. & Wilson, S.H. (2013). DNA polimeraz mimarisinin yapısal karşılaştırması, polimeraz aktif bölgeye bir nükleotit geçiti gösterir.. Kimyasal yorumlar, 114(5), 2759-74.