Содержание
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.
- ДНК-полимераза катализирует образование фосфодиэфирных связей, добавляя дезоксинуклеозидтрифосфаты (dNTP) к растущей цепи.
- 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.
- ДНК-полимераза — это ферменты, которые создают молекулы ДНК путем добавления нуклеотидов.
- 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.
- Эти праймеры обычно состоят из оснований РНК и ДНК.
- 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
- Корректировка ДНК-полимеразы. Они отщепляют из цепи ненужные или неправильные нуклеотиды.
- ДНК-полимераза может инициировать добавление нуклеотида только в том случае, если существует уже существующий 3′-конец.
- Следовательно, ДНК-полимераза нуждается в существовавшем ранее коротком участке нуклеотида, называемом праймером, чтобы обеспечить этот 3′-конец.
- В зависимости от типа клетки ДНК-полимераза бывает разных типов и различается по структуре, функциям, скорости полимеризации и процессивности.
- 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.
- В эукариотической клетке существует пять основных ДНК-полимераз: ДНК-полимераза α, ε, δ, γ и β.
- 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
- Структуры других ДНК-полимераз в основном гомологичны и различаются только направлением ориентации их субдоменов.
- 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.
- N-конец состоит из двух несмежных сегментов аминокислот. Однако его функция не совсем понятна. Эти субдомены N-конца также обнаруживаются в белках, связывающих РНК.
- 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.
- 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
- 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.
- Ион металла A отвечает за приближение 3’OH-группы праймера к фосфатному атому входящего dNTP.
- Благодаря этому 3′-свободная гидроксильная группа праймера теперь нуклеофильно атакует фосфатный атом трифосфатной группы входящих dNTP и образует фосфодиэфирную связь.
- 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.
- Следовательно, рабочий механизм ДНК-полимеразы обычно называют двумя механизмами ионов металлов.
Функции ДНК-полимеразы
- Конечная функция ДНК-полимеразы — синтез новой ДНК в процессе репликации. Благодаря чему возможна передача генетической информации от одного поколения к другому.
- Способствует восстановлению ДНК, что исправляет любые ошибки в ДНК.
- Удаляет неправильные пары нуклеотидов с его экзонуклеазной активностью. Эта функция очень важна, поскольку она поддерживает нормальную функциональность тела.
- 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’.