ДНК-полимераза — определение, свойства, структура, типы и функции



Репликация ДНК происходит полуконсервативным образом, что означает, что каждая цепь действует как матрица для синтеза новой цепи и, таким образом, образует двухцепочечную ДНК. Одна нить является родительской, а другая синтезируется заново. ДНК-полимераза — это фермент, который отвечает за синтез этой новой цепи ДНК. Они добавляют нуклеотиды в растущую новую цепь, и это добавление происходит комплементарно родительской цепи.

  1. ДНК-полимераза катализирует образование фосфодиэфирных связей, добавляя дезоксинуклеозидтрифосфаты (dNTP) к растущей цепи.
  2. Чтобы ДНК-полимераза выстраивала и удлиняла растущую цепь, она должна иметь четыре типа дНТФ в окружении. Эти четыре dNTP представляют собой дезоксиаденозинтрифосфат, дезоксигуанозинтрифосфат, дезокситимидинтрифосфат и дезоксицитидинтрифосфат.
  3. ДНК-полимераза — это ферменты, которые создают молекулы ДНК путем добавления нуклеотидов.
  4. ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды на 3′-конце вновь образованной ДНК и удлиняется от 5 ‘до 3’. Однако они не могут добавлять нуклеотид сами по себе и должны нуждаться в уже существующем свободном 3′-конце, чтобы инициировать добавление, которое обеспечивается праймером.
  5. Эти праймеры обычно состоят из оснований РНК и ДНК.
  6. Каждый раз, когда клетка делится, ДНК-полимераза необходима, чтобы помочь воспроизвести ДНК клетки. При этом копия родительской ДНК может быть передана каждой из дочерних клеток, таким образом, генетическая информация может передаваться из поколения в поколение.

Свойства ДНК-полимеразы

  1. Корректировка ДНК-полимеразы. Они отщепляют из цепи ненужные или неправильные нуклеотиды.
  2. ДНК-полимераза может инициировать добавление нуклеотида только в том случае, если существует уже существующий 3′-конец.
  3. Следовательно, ДНК-полимераза нуждается в существовавшем ранее коротком участке нуклеотида, называемом праймером, чтобы обеспечить этот 3′-конец.
  4. В зависимости от типа клетки ДНК-полимераза бывает разных типов и различается по структуре, функциям, скорости полимеризации и процессивности.
  5. В прокариотической клетке есть три ДНК-полимеразы, а именно от ДНК-полимеразы Ι до ΙΙΙ. Из них ДНК-полимераза ΙΙΙ является основным ферментом для репликации в E.coli.
  6. В эукариотической клетке существует пять основных ДНК-полимераз: ДНК-полимераза α, ε, δ, γ и β.
  7. Поскольку в эукариотических клетках, помимо ядерной ДНК, присутствует также митохондриальная ДНК, что объясняет тот факт, что репликация ДНК происходит в двух разных клеточных компартментах. Следовательно, точная ДНК-полимераза отвечает за определенную функцию.

Структура ДНК-полимеразы

  1. Структуры других ДНК-полимераз в основном гомологичны и различаются только направлением ориентации их субдоменов.
  2. ДНК-полимераза напоминает правую руку и состоит из пяти субдоменов: N-конец, экзонуклеазы, ладонь, палец и большой палец. Эти домены расположены в виде дисковой структуры с центральной полостью.
  3. N-конец состоит из двух несмежных сегментов аминокислот. Однако его функция не совсем понятна. Эти субдомены N-конца также обнаруживаются в белках, связывающих РНК.
  4. Субдомены экзонуклеаз расположены между большим пальцем и N-концом. Когда к 3′-концу праймера добавляется неправильный нуклеотид, полимераза помогает переключить конец праймера в сторону субдомена экзонуклеазы, облегчая расщепление 3′-концевого нуклеотидного остатка. Этот субдомен состоит из пятицепочечных β-листов, окруженных распределением α-спиралей. Карбоксилатные группы этих остатков координированы с ионом магния, который необходим для катализирования расщепления неправильно включенного нуклеотидного основания.
  5. Субдомен ладони состоит из каталитического ядра, ответственного за активность полимеразы. Этот субдомен катализирует реакцию переноса нуклеотидилфосфорила, выступая в качестве лигандов для ионов металлов A и B.

Механизм ДНК-полимеразы

  1. Когда дНТФ добавляются к растущей цепи, происходит образование фосфодиэфирных связей и высвобождение молекул пирофосфатов, эта реакция катализируется двумя ионами металлов, а именно: ионами металлов A и B, оба из которых являются ионами магния.
  2. Ион металла A отвечает за приближение 3’OH-группы праймера к фосфатному атому входящего dNTP.
  3. Благодаря этому 3′-свободная гидроксильная группа праймера теперь нуклеофильно атакует фосфатный атом трифосфатной группы входящих dNTP и образует фосфодиэфирную связь.
  4. Когда образуется связь, на кислороде, который был драгоценно связан с атомом фосфата, образуется значительный заряд, и для стабилизации этого заряда ион металла B играет жизненно важную роль. Кроме того, ион металла B также способствует удалению пирофосфатных групп.
  5. Следовательно, рабочий механизм ДНК-полимеразы обычно называют двумя механизмами ионов металлов.

Функции ДНК-полимеразы

  1. Конечная функция ДНК-полимеразы — синтез новой ДНК в процессе репликации. Благодаря чему возможна передача генетической информации от одного поколения к другому.
  2. Способствует восстановлению ДНК, что исправляет любые ошибки в ДНК.
  3. Удаляет неправильные пары нуклеотидов с его экзонуклеазной активностью. Эта функция очень важна, поскольку она поддерживает нормальную функциональность тела.
  4. Эти ферменты обычно работают попарно, каждый фермент реплицирует одну из двух цепей двойной спирали ДНК. Одна является ведущей цепью, а другая — отстающей цепью, названной на основе их относительной скорости синтеза.

Типы и функции ДНК-полимеразы в эукариотической клетке

ДНК-полимераза α

  • представляет собой репаративную полимеразу с экзонуклеазной активностью от 3 ‘до 5’;
  • имеет полимеразную активность от 5 ‘до 3’;
  • также действует в качестве праймера для синтеза.

ДНК-полимераза β

  • восстанавливающая полимераза.

ДНК-полимераза γ

  • показывает активность полимеразы от 5 ‘до 3’;
  • активность экзонуклеаз от 3 ‘до 5’;
  • участвует в репликации митохондриальной ДНК.

ДНК-полимераза δ

  • проявляет экзонуклеазную активность от 3 ‘до 5’;
  • проявляет 5′-3′-полимеразную активность;
  • участвует в синтезе отстающей цепи.

ДНК-полимераза ε

  • показывает активность экзонуклеаз от 3 ‘до 5’ и от 5 ‘до 3’;
  • эффективно синтезирует ведущую цепь в направлении от 5 ‘до 3’;
  • основной фермент для репликации ДНК.

Функции ДНК-полимеразы в прокариотической клетке

ДНК-полимераза Ι

  • представляет собой репаративную полимеразу с экзонуклеазной активностью от 3 ‘до 5’ и от 5 ‘до 3’;
  • полимеразная активность в направлении от 5 ‘до 3’;
  • этот фермент участвует в процессинге фрагментов Окадзаки, образованных в результате синтеза отстающей цепи.

ДНК-полимераза ΙΙ

  • обладает экзонуклеазной активностью от 3 ‘до 5’, которая участвует в репарации ДНК;
  • проявляют полимеразную активность от 5 ‘до 3’ направления.

ДНК-полимераза ΙΙΙ

  • первичный фермент, участвующий в репликации ДНК;
  • обладает полимеразной активностью от 5 ‘до 3’;
  • обладает экзонуклеазной активностью от 3 ‘до 5’.

Ответить

Почта не будет опубликована.