DNA-Polymerase (Deutsch)

• 1 Übersicht
• 2 Funktion
• 3 Arten von DNA-Polymerase
  • 3.1 Eukaryotische Polymerase
    • 3.1.1 Polymerase γ 3.1.2 Polymerase α, Polymerase δ und Polymerase ε 3.1.3 Familie X 3.1.4 Polymerasen η, Polymerase ι und Polymerase κ 3.1.5 Terminale Desoxynukleotidyltransferase
  • 3.2 Prokaryotische Polymerase
    • 3.2.1 DNA-Polymerase I 3.2.2 DNA-Polymerase II 3.2.3 DNA-Polymerase III 3.2.4 DNA-Polymerase IV
    • 3.2.,5 DNA-Polymerase V
  • 3.3 Reverse Transkriptase
• 4 Struktur
  • 4.1 Familie A
  • 4.2 Familie B
  • 4.3 Familie X
  • 4.4 Familie Y
• 5 Mechanismus
• 6 3D-Strukturen der DNA-Polymerase

Übersicht

DNA-Polymerasen sind Enzyme, die eine Schlüsselrolle bei der DNA-Replikation spielen. Die DNA-Replikation ist der Prozess der Spaltung eines vorhandenen doppelsträngigen DNA-Moleküls in zwei einzelne DNA-Stränge, wobei dann DNA-Polymerasen verwendet werden, um die einzelnen Stränge zu übersetzen., Der Translationsprozess führt zur Schaffung der komplementären DNA-Stränge und zur Schaffung von zwei doppelsträngigen DNA-Molekülen, die exakte Nachbildungen des ursprünglichen DNA-Moleküls sind. Die komplementären Stränge werden in der 5″-3″ Richtung erzeugt. Bestimmte DNA-Polymerasen sind auch für das Korrekturlesen des neu synthetisierten DNA-Strangs und die Verwendung von Exonuklease verantwortlich, um aufgetretene Fehler zu entfernen und zu ersetzen. DNA-Polymerasen werden entsprechend ihrer Sequenzhomologie und 3D-Strukturähnlichkeiten in 7 Familien unterteilt., Die Familien sind:

• Familie A-DNA-Replikation und-reparatur (DNA – Polymerase I, γ)
• Familie B-DNA-Replikation und-reparatur (DNA-Polymerase II, α, δ, ε). Siehe DNA-Polymerase in Thermococcus gorgonarius.
• Familie C-DNA-Replikation in Prokaryoten (DNA – Polymerase III)
• Familie D – DNA – Replikation in Archaeen
• Familie X – DNA-Reparatur in Eukaryoten (DNA-Polymerase β, λ, μ)
• Familie Y-DNA-Replikation beschädigter DNA (DNA-Polymerase IV, V, η, ι, κ)

Familie RT-Reverse-Transkriptase (Siehe Reverse-Transkriptase.,)

Funktion

DNA-Polymerasen sind essentielle Enzyme für die DNA-Replikation. Bevor DNA-Polymerasen ihre Rolle bei der DNA-Replikation spielen können, müssen andere Enzyme die doppelhelikale Struktur der DNA abwickeln und spalten und für die Initiierung der Replikation signalisieren. Sobald DNA-Primase einen Primer auf den Schablonen-DNA-Strang gelegt hat, können DNA-Polymerasen anhaften. Diese Enzyme verwenden den Schablonenstrang der DNA, um einen komplementären DNA-Strang unter Verwendung der DNA-Bausteine, die als Nukleotide bezeichnet werden, zu synthetisieren., Die Reihenfolge der Nukleotide auf dem komplementären Strang wird durch die Basenpaarungsregeln bestimmt: Cytosin mit Guanin und Adenin mit Thymin.

Während der DNA-Synthese bewegen sich die DNA-Polymerasen entlang des Schablonen-DNA-Strangs in einer 3″ -5 „- Richtung und fügen dem neuen DNA-Strang Nukleotide in einer 5″-3″ – Richtung hinzu. Dies bewirkt die Dehnung des neuen Strangs in 5″-3“ Richtung. Beachten Sie, dass die Richtung des neu gebildeten DNA-Strangs dem Schablonen-DNA-Strang entgegengesetzt ist. Dies macht das resultierende doppelsträngige DNA-Molekül komplementär und anti-parallel.,

DNA-Polymerasen gehören zu den genauesten Enzymen und haben etwa einen Fehler pro Milliarde Exemplare. Wenn ein Fehler gemacht wird, können viele der DNA-Polymerasen die neu synthetisierte DNA korrekturlesen und Fehler korrigieren, die während der Replikation gemacht wurden. Die Enzyme korrekturlesen in der 5″ -3 “ Richtung. Wenn ein Fehler gefunden wird, wird das falsch platzierte Nukleotid ausgeschnitten, so dass das richtige Nukleotid eingefügt werden kann. Dieser Prozess wird oft als 5″-3″Exonuklease-Aktivität bezeichnet.,

Replikation Archaea Unbekannt X Replikation und Reparatur Eukaryoten Pol β, Pol μ und Pol λ Y Replikation und Reparatur Eukaryoten und Prokaryoten Pol IV, Pol V, Pol η, Pol κ und Pol ι RT Replikation und Reparatur Eukaryoten, Viren und Retrovirus Telomerase und Hepatitis-B-Virus

Eukaryotische Polymerase

Polymerase γ

Polymerase γ gilt als Familie Eine Polymerase., Polaris Hauptfunktion besteht darin, mitochondriale DNA (mtDNA) zu replizieren und zu reparieren. Polaris kann Korrekturlesen 3″-5″ Exonuklease-Aktivität durchführen. Mutationen, die eine eingeschränkte oder nicht funktionierende Polarität verursachen, haben einen signifikanten Einfluss auf die mtDNA und sind eine häufige Ursache für autosomale mitochondriale Störungen.

– Polymerase α, der Polymerase δ und Polymerase-ε

Mitglieder der Familie B, Pol α, Pol δ und Pol ε, sind die Haupt-Polymerasen beteiligt an der DNA-Replikation. Pol α bindet mit Primase zu einem Komplex. Primase erstellt und platziert einen RNA-Primer, sodass Pol α die Replikation starten kann., Pol δ übernimmt dann die Synthese des verzögerten Strangs von Pol α. Es wird angenommen, dass Pol ε den führenden Strang während der Replikation synthetisiert, während Pol δ hauptsächlich den verzögerten Strang repliziert. Es gab jedoch einige Fälle, in denen pol δ gefunden wurde, um den verzögerten und führenden Strang zu replizieren. Pol δ und ε besitzen auch 3″ -5 “ Exonukleaseaktivität Fähigkeiten.

Familie X

Familie X Polymerasen bestehen aus Polymerasen wie Pol β, Pol μ und Pol λ. Die Hauptfunktion von Pol β ist die Reparatur der kurzen Patch-Basis-Exzision, Ein Reparaturweg, der zur Reparatur alkylierter oder oxidierter Basen verwendet wird., Pol λ und Pol μ sind für die Wiederaufnahme von DNA-Doppelstrangbrüchen aufgrund von Wasserstoffperoxid bzw. ionisierender Strahlung unerlässlich. Für weitere Details siehe DNA-Polymerase beta und DNA-Polymerase beta (hebräisch).

Polymerasen η, Polymerase ι und Polymerase κ

Polymerase η, Polymerase ι und Polymerase κ sind Familien-Y-DNA-Polymerasen, die an der DNA-Reparatur durch Translesionsynthese beteiligt sind. – Polymerasen in der Familie Y sind anfällig für Fehler während der DNA-Synthese. Pol η ist wichtig für die genaue translesion Synthese von DNA-Schäden durch ultraviolette Strahlung., Die Funktion von Polaris ist nicht vollständig verstanden, es wird jedoch angenommen, dass es bei bestimmten DNA-Läsionen als Extender oder Inserter einer bestimmten Base fungiert. Alle drei Translesionsynthesepolymerasen werden durch abgewürgte replikative DNA-Polymerasen aktiviert.

Terminale Desoxynukleotidyltransferase

TdT katalysiert die Polymerisation von Desoxynukleosidtriphophaten zur 3″-Hydroxylgruppe der vorgeformten Polynukleotidkette. TdT ist eine nicht-Template gerichtete DNA-Polymerase und wurde in Thymusdrüsen nachgewiesen.,

Prokaryotische Polymerase

DNA-Polymerase I

DNA-Polymerase I ist ein Enzym der Familie A, dessen Hauptfunktion die Exzisionsreparatur von DNA-Strängen durch 3″-5″ und 5″-3″ Exonuklease ist. Diese Polymerase hilft auch bei der Reifung von Okazaki-Fragmenten. Okazaki-Fragmente sind kurze synthetisierte DNA-Stränge, die den verzögerten Strang während der DNA-Replikation bilden. Wenn sich die Polymerase I repliziert, beginnt sie mit der Zugabe von Nukleotiden am RNA-Primer und bewegt sich in die Richtung 5″-3″. Diese polymerase ist auch die wichtigste polymerase in E. coli. Siehe auch Taq DNA Polymerase (hebräisch)., in der Familie Eine DNA-Polymerase I (1taq).

in der Familie Eine DNA-polymerase I (1taq).

DNA-Polymerase II

DNA-Polymerase II gehört zur Familie B. Sie ist verantwortlich für die 3″ -5 “ – Exonukleaseaktivität und den Neustart der Replikation, nachdem der Syntheseprozess aufgrund einer Schädigung im DNA-Strang gestoppt wurde. Polymerase II befindet sich an der Replikationsgabel, um die Aktivität anderer Polymerasen zu lenken.

DNA-Polymerase III

DNA-Polymerase III ist das primäre Enzym, das an der Replikation von DNA beteiligt ist., Es gehört zur Familie C und ist verantwortlich für die Synthese neuer DNA-Stränge durch Zugabe von Nukleotiden zur 3″ – OH-Gruppe des Primers. Dieses Enzym hat auch 3″ -5 “ Exonukleaseaktivität, die ihm die Fähigkeit gibt, den synthetisierten DNA-Strang auf Fehler zu überprüfen.

Für weitere Details siehe Polymerase III Homoenzym Beta-Untereinheit und Alpha-Untereinheit von Thermus aquaticus DNA-Polymerase III.

DNA-Polymerase IV

DNA-Polymerase IV ist an der nicht gezielten Mutagenese beteiligt. Dieses Enzym gehört zur Familie Y und wird bei der Synthese an den Replikationsgabelständen aktiviert., einmal aktiviert, erzeugt Polymerase IV einen Kontrollpunkt, stoppt die Replikation und lässt Zeit, um Läsionen im DNA-Strang richtig zu reparieren. Polymerase IV ist auch an der Translesionsynthese beteiligt, einem DNA-Reparaturmechanismus. Dem Enzym fehlt jedoch die Nukleaseaktivität, was es anfällig für Fehler bei der DNA-Replikation macht.

DNA-Polymerase V

DNA-Polymerase V in der Familie Y ist stark reguliert und wird nur dann produziert, wenn DNA beschädigt ist und eine Translesionsynthese erfordert., Polymerase V fehlt wie Polymerase IV die gesamte Exonukleasefunktion und kann den synthetisierten DNA-Strang nicht korrekturlesen, wodurch er weniger effizient ist.

Reverse Transkriptase

Die am häufigsten bekannte Reverse Transkriptase DNA Polymerase ist HIV-1 Reverse Transkriptase. Der Grund, warum dies so wichtig zu verstehen ist, ist, dass es das Ziel von Anti-AIDS-Medikamenten ist. Detaillierte Informationen zu den RT-Familienpolymerasen finden Sie unter Reverse Transkriptase.,

Struktur

Die Grundstruktur aller DNA-Polymerasen besteht aus Subdomänen, die als Handfläche, Finger und Daumen bezeichnet werden und einer offenen rechten Hand ähneln. Die Palme enthält katalytisch essentielle Aminosäuren in ihren aktiven Stellen. Die Finger sind essentiell für die Erkennung und Bindung von Nukleotiden. Der Daumen ist wichtig für die Bindung des DNA-Substrats. Zwischen den Finger-und Daumendomänen befindet sich eine Tasche, die aus zwei Bereichen besteht; die Einfügestelle und die Postinsertionsstelle., Die eingehenden Nukleotide binden an die Insertionsstelle und das neue Basenpaar befindet sich in der Postinsertionsstelle. Diese Subdomänen sind zusammen mit anderen für jede Familie spezifischen Subdomänen für die korrekte Funktion der DNA-Polymerase unerlässlich. Die Strukturen jeder dieser Subdomänen unterscheiden sich geringfügig für jede Polymerase; Um diese Strukturen genauer anzuzeigen, lesen Sie die Links unten auf der Seite.,

Familie A

Neben der Grundstruktur der DNA-Polymerase weisen die Familie-A-Polymerasen auch eine 5″-3″ – Exonuklease auf, die für die Entfernung von RNA-Primern aus Okazaki-Fragmenten erforderlich ist. Nicht alle, aber einige Familien-A-Polymerasen auch eine 3″ -5 “ Exonuklease, die für das Korrekturlesen der DNA verantwortlich ist.

Familie B

Neben der Grundstruktur der DNA-Polymerase enthalten die Familie-B-Polymerasen eine äußerst aktive 3″-5″ – Exonuklease, die Fehler bei der DNA-Replikation korrigiert.,

Familie X

Die Subdomänen Daumen, Handfläche und Finger sind ein Teil des von N-terminalen oder 31-kDA-Polymerase-Fragments in der Familie der X-Polymerasen. Die Palme in dieser Familie enthält drei Asparaginsäure Motive. Die Finger in dieser Familie haben Helices M und N, die Aminosäurereste enthalten. Das N-Terminal ist mit einer 8kDa-Amino-Terminal-Domäne verbunden, die eine 5″ – Desoxyribosephosphat-Lyase enthält, die für die Reparatur der Basis-Exzision erforderlich ist. Jedes Mitglied enthält seine eigenen strukturellen Unterschiede, die in seiner Funktion zu unterstützen.,

Familie Y

Das N-Terminal der Familie Y-Polymerasen enthält den katalytischen Kern der Finger, der Handfläche und des Daumens. Das C-Terminal, das eine konservierte Tertiärstruktur eines viersträngigen Betablatts aufweist, das auf einer Seite von zwei Alpha-Helices getragen wird, die auch als kleine Fingerdomäne bezeichnet werden, trägt zur DNA-Bindung bei und ist für eine vollständige Polymeraseaktivität essentiell. Dieser Familie fehlt es an Flexibilität in der Finger-Subdomain, was für die anderen Familien uncharakteristisch ist., Die anderen Teile des katalytischen Kerns und der kleinen Fingerdomäne sind flexibel und nehmen häufig unterschiedliche Positionen ein.

Mechanismus

Die Mehrzahl der DNA-Polymerasen unterliegt einem Zwei-Metall-Ionen-Mechanismus. Zwei Metallionen in der aktiven Stelle arbeiten, um den pentacoordinierten Übergangszustand zu stabilisieren. Das erste Metallion aktiviert die Hydroxylgruppen. Diese Hydroxylgruppen greifen dann die Phosphatgruppe des dNTP an. Das zweite Metallion stabilisiert nicht nur die negative Ladung, sondern baut auch auf den verbleibenden Sauerstoff-und Chelatphosphatgruppen auf.,

Einige Dpo-Terminologie:
Dpo Sliding Clamp besteht aus dem Komplex von Dpo und proliferierenden Zellkern-Antigen (PCNA), die es umgibt.
Die BRCT-Domäne in Dpo ist die C-terminale Domäne des Brustkrebs-Anfälligkeitsproteins.
Klenow Fragment ist ein großes Dpo Fragment, das bei der Spaltung von Dpo durch Subtilisin produziert wird.
In den E. coli werden die EcDpo III-Untereinheiten β, γ, δ, δ“ clamp loader genannt. Dieser Komplex baut die β-Untereinheit, die zur DNA gleitet, zusammen.

Siehe auch Benutzer:Karl E., Zahn / RB69-DNA-polymerase (gp43)

3D-Strukturen von DNA-polymerase

DNA polymerase-3D-Strukturen

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