La DNA polimerasi
Contenuto
- 1 Panoramica
- 2 Funzione
- 3 Tipi di DNA Polimerasi
- 3.1 Polimerasi Eucariotiche
- 3.1.1 Polimerasi γ
3.1.2 Polimerasi α, Polimerasi δ, e Polimerasi ε 3.1.3 Famiglia X 3.1.4 Polimerasi η, Polimerasi ι, e Polimerasi κ 3.1.5 Terminal deoxynucleotidyl transferase
- 3.1.1 Polimerasi γ
- 3.2 Polimerasi Procariotiche
- 3.2.1 DNA Polimerasi I
3.2.2 DNA Polimerasi II 3.2.3 DNA Polimerasi III 3.2.4 DNA Polimerasi IV - 3.2.,5 DNA Polimerasi V
- 3.2.1 DNA Polimerasi I
- 3.3 Trascrittasi Inversa
- 3.1 Polimerasi Eucariotiche
- 4 Struttura
- 4.1 Famiglia
- 4.2 Famiglia B
- 4.3 Famiglia X
- 4.4 Famiglia Y
- 5 Meccanismo
- 6 Strutture 3D di DNA polimerasi
Descrizione
DNA polimerasi sono enzimi che svolgono un ruolo chiave nella replicazione del DNA. La replicazione del DNA è il processo di scissione di una molecola di DNA a doppio filamento esistente in due singoli filamenti di DNA, quindi utilizzando le DNA polimerasi per tradurre i singoli filamenti., Il processo di traduzione si traduce nella creazione dei filamenti di DNA complementari e si traduce nella creazione di due molecole di DNA a doppio filamento che sono repliche esatte della molecola di DNA originale. I fili complementari sono creati nella direzione 5″-3″. Alcune DNA polimerasi sono anche responsabili della correzione di bozze del filamento di DNA appena sintetizzato e dell’utilizzo dell’esonucleasi per rimuovere e sostituire eventuali errori verificatisi. Le DNA polimerasi sono divise in 7 famiglie in base alla loro omologia di sequenza e somiglianze di struttura 3D., Le famiglie sono:
- Famiglia A-replicazione e riparazione del DNA (DNA polimerasi I, γ)
- Famiglia B – Replicazione e riparazione del DNA (DNA polimerasi II, α, δ, ε). Vedi DNA polimerasi in Thermococcus gorgonarius.
- Famiglia C – replicazione del DNA nei procarioti (DNA Polimerasi III)
- Famiglia D – la replicazione del DNA in archaea
- Famiglia X – riparazione del DNA negli eucarioti (DNA Polimerasi β, λ, µ)
- Famiglia Y – DNA replicazione del DNA danneggiato (DNA Polimerasi, IV, V, η, ι, κ)
- Famiglia RT – trascrittasi inversa (Vedi trascrittasi Inversa.,)
Funzione
Le DNA polimerasi sono enzimi essenziali per la replicazione del DNA. Prima che le DNA polimerasi possano svolgere la sua parte nella replicazione del DNA, altri enzimi devono svolgere e dividere la doppia struttura elicoidale del DNA e segnale per l’inizio della replicazione. Una volta che la DNA primase ha posto un primer sul filamento di DNA del modello, le DNA polimerasi possono attaccarsi. Questi enzimi utilizzano il filamento modello di DNA per sintetizzare un filamento complementare di DNA utilizzando i blocchi di DNA chiamati nucleotidi., L’ordine dei nucleotidi sul filo complementare è determinato dalle regole di accoppiamento della base: citosina con guanina e adenina con timina.
Durante la sintesi del DNA, le DNA polimerasi si muovono lungo il filamento di DNA del modello in una direzione di 3″-5″ e aggiungono nucleotidi al nuovo filamento di DNA in una direzione di 5″-3″. Ciò causa l’allungamento del nuovo filo in una direzione di 5″-3″. Si noti che la direzione del filamento di DNA appena formato è opposta al filamento di DNA del modello. Ciò rende la molecola di DNA a doppio filamento risultante complementare e anti-parallela.,
Le DNA polimerasi sono alcuni degli enzimi più accurati e hanno circa un errore per ogni miliardo di copie. Quando viene commesso un errore, molte delle DNA polimerasi hanno la capacità di correggere il DNA appena sintetizzato e correggere eventuali errori commessi durante la replicazione. Gli enzimi correggono nella direzione 5 “-3″. Quando viene rilevato un errore, il nucleotide smarrito viene tagliato in modo da poter inserire il nucleotide corretto. Questo processo è spesso indicato come 5 ” -3 ” attività esonucleasi.,
Polimerasi Eucariotiche
Polimerasi γ
Polimerasi γ è considerata una Famiglia una polimerasi., La funzione principale di Pol γ è replicare e riparare il DNA mitocondriale (mtDNA). Pol γ può eseguire la correzione di bozze 3 ” -5 ” attività esonucleasi. Mutazioni che causano Pol γ limitato o non funzionante ha un effetto significativo sul mtDNA ed è una causa comune di disturbi mitocondriali autosomici.
Polimerasi α, Polimerasi δ e Polimerasi ε
I membri della famiglia B, Pol α, Pol δ e Pol ε sono le principali polimerasi coinvolte nella replicazione del DNA. Pol α si lega con primasi per formare un complesso. Primase crea e posiziona un primer RNA, consentendo a Pol α di iniziare la replicazione., Pol δ assume quindi la sintesi del filamento in ritardo da Pol α. Si ritiene che Pol ε sintetizzi il filo principale durante la replicazione, mentre Pol δ replica principalmente il filo in ritardo. Tuttavia, ci sono stati alcuni casi in cui Pol δ è stato trovato per replicare il filo in ritardo e leader. Pol δ e ε possiedono anche 3 ” -5 ” capacità di attività esonucleasi.
Famiglia X
Le polimerasi della famiglia X sono costituite da polimerasi come Pol β, Pol μ e Pol λ. La funzione principale di Pol β è la riparazione di escissione di base a patch corto, un percorso di riparazione utilizzato per la riparazione di basi alchilate o ossidate., Pol λ e Pol μ sono essenziali per ricongiungere le rotture a doppio filamento di DNA dovute rispettivamente al perossido di idrogeno e alle radiazioni ionizzanti. Per maggiori dettagli vedere DNA polimerasi beta e DNA polimerasi beta (ebraico).
Polimerasi η, Polimerasi ι e Polimerasi κ
Polimerasi η, Polimerasi ι e Polimerasi κ sono DNA polimerasi della famiglia Y coinvolte nella riparazione del DNA mediante sintesi di traslazione. Le polimerasi nella famiglia Y sono soggette a errori durante la sintesi del DNA. Pol η è importante per l’accurata sintesi della traslazione del danno al DNA derivante dalle radiazioni ultraviolette., La funzione di Pol κ non è completamente compresa, ma si pensa che agisca come estensore o inseritore di una base specifica a determinate lesioni del DNA. Tutte e tre le polimerasi di sintesi di traslazione sono attivate da DNA polimerasi replicative in fase di stallo.
La deossinucleotidil transferasi terminale
TdT catalizza la polimerizzazione dei trifofati deossinucleosidici al gruppo 3″-idrossile della catena polinucleotidica preformata. TdT è una DNA polimerasi non-modello diretto ed è stato rilevato nelle ghiandole del timo.,
Polimerasi procariotica
DNA Polimerasi I
La DNA polimerasi I è una famiglia Un enzima la cui funzione principale è la riparazione di escissione di filamenti di DNA attraverso 3″-5″ e 5″-3″ esonucleasi. Questa polimerasi aiuta anche con la maturazione del frammento di Okazaki. I frammenti di Okazaki sono brevi filamenti sintetizzati di DNA che formano il filamento in ritardo durante la replicazione del DNA. Quando la polimerasi I si replica, inizia ad aggiungere nucleotidi al primer RNA e si muove nella direzione 5″-3″. Questa polimerasi è anche la principale polimerasi in E. coli. Vedi anche Taq DNA polimerasi (ebraico)., in Famiglia Una DNA polimerasi I (1taq).
nella famiglia A DNA polimerasi I (1taq).
DNA Polimerasi II
La DNA polimerasi II appartiene alla famiglia B. È responsabile dell’attività esonucleasica 3″-5″ e del riavvio della replicazione dopo che il processo di sintesi si è fermato a causa di danni nel filamento del DNA. La polimerasi II si trova alla forcella di replicazione per aiutare a dirigere l’attività di altre polimerasi.
La DNA polimerasi III
La DNA polimerasi III è l’enzima primario coinvolto nella replicazione del DNA., Appartiene alla famiglia C ed è responsabile della sintesi di nuovi filamenti di DNA aggiungendo nucleotidi al gruppo 3 ” – OH del primer. Questo enzima ha anche 3 ” -5 ” attività esonucleasi dandogli la capacità di controllare il filamento di DNA sintetizzato per errori.
Per maggiori dettagli vedere Polimerasi III omoenzima subunità beta e subunità alfa di Thermus aquaticus DNA Polimerasi III.
DNA Polimerasi IV
La DNA polimerasi IV è coinvolta nella mutagenesi non mirata. Appartenente alla famiglia Y, questo enzima viene attivato quando la sintesi alle bancarelle della forcella di replicazione., una volta attivata, la polimerasi IV crea un checkpoint, interrompe la replicazione e consente il tempo di riparare correttamente le lesioni nel filamento di DNA. La polimerasi IV è anche coinvolta nella sintesi della traslesione, un meccanismo di riparazione del DNA. Tuttavia, l’enzima manca di attività nucleasica che lo rende soggetto a errori nella replicazione del DNA.
La DNA polimerasi V
La DNA polimerasi V, nella famiglia Y, è altamente regolata e prodotta solo quando il DNA è danneggiato e richiede la sintesi della traslazione., La polimerasi V, come la polimerasi IV, manca di tutte le funzioni esonucleasiche e non è in grado di correggere il filamento di DNA sintetizzato, rendendolo meno efficiente.
Trascrittasi inversa
La DNA polimerasi inversa più comunemente nota è la trascrittasi inversa dell’HIV-1. La ragione per cui questo è così importante da capire è che è l’obiettivo dei farmaci anti-AIDS. Per informazioni dettagliate sulle polimerasi della famiglia RT, vedere Trascrittasi inversa.,
Struttura
La struttura di base di tutte le DNA polimerasi è costituita da sottodomini indicati come palmo, dita e pollice e assomigliano a una mano destra aperta. Il palmo contiene aminoacidi cataliticamente essenziali nei suoi siti attivi. Le dita sono essenziali per il riconoscimento e il legame dei nucleotidi. Il pollice è importante per il legame del substrato del DNA. Tra i domini dito e pollice è una tasca che si compone di due regioni; il sito di inserimento e il sito postinsertion., I nucleotidi in entrata si legano al sito di inserimento e la nuova coppia di basi risiede nel sito di postinsertion. Questi sottodomini, insieme ad altri sottodomini specifici per ogni famiglia, sono essenziali per il corretto funzionamento della DNA polimerasi. Le strutture di ciascuno di questi sottodomini sono leggermente diverse per ogni polimerasi; per visualizzare queste strutture in modo più dettagliato, fare riferimento ai collegamenti in fondo alla pagina.,
Famiglia A
Oltre alla struttura di base della DNA polimerasi, la Famiglia A polimerasi ha anche un’esonucleasi da 5″-3″ necessaria per la rimozione dei primer RNA dai frammenti di Okazaki. Non tutti, ma alcuni famiglia A polimerasi anche un 3″ -5 ” esonucleasi che è responsabile per la correzione di bozze del DNA.
Famiglia B
Oltre alla struttura di base della DNA polimerasi, le polimerasi della Famiglia B contengono un’esonucleasi 3″-5″ estremamente attiva che corregge gli errori nella replicazione del DNA.,
Famiglia X
I sottodomini pollice, palmo e dita fanno parte del frammento di polimerasi N-terminale o 31-kDa nella Famiglia X Polimerasi. Il palmo di questa famiglia contiene tre motivi di acido aspartico. Le dita di questa famiglia hanno Eliche M e N che contengono residui di aminoacidi. L’N-terminale è collegato ad un dominio amminico del terminale 8kDa che contiene un 5 ” liasi del fosfato del desossiribosio che è richiesto per la riparazione bassa di escissione. Ogni membro contiene le proprie differenze strutturali che aiutano nel suo funzionamento.,
Famiglia Y
L’N-terminale delle polimerasi della famiglia Y contiene il nucleo catalitico delle dita, del palmo e del pollice. Il C-terminale, che ha una struttura terziaria conservata di un foglio beta a quattro filamenti supportato su un lato da due eliche alfa, altrimenti indicato come dominio del mignolo, contribuisce al legame del DNA ed è essenziale per la completa attività della polimerasi. Questa famiglia manca di flessibilità nel sottodominio delle dita, che è insolito per le altre famiglie., Le altre parti del nucleo catalitico e del dominio del mignolo sono flessibili e spesso assumono posizioni diverse.
Meccanismo
La maggior parte delle DNA polimerasi subisce un meccanismo a due ioni metallo. Due ioni metallici nel sito attivo lavorano per stabilizzare lo stato di transizione pentacoordinato. Il primo ion metallico attiva i gruppi idrossilici. Questi gruppi idrossilici poi andare ad attaccare il gruppo fosfato del dNTP. Il secondo ion metallico non solo stabilizza la carica negativa, ma si basa anche sull’ossigeno in uscita e sui gruppi fosfato chelanti.,
Alcuni Dpo terminologia:
Dpo scorrevole morsetto è costituito dal complesso di Dpo e proliferante cellulare antigene nucleare (PCNA) che lo circonda.
Il dominio BRCT in Dpo è il dominio C-terminale della proteina di suscettibilità del cancro al seno.
Klenow frammento è un grande frammento Dpo prodotto su scissione di Dpo da subtilisin.
Nell’E. coli, le subunità β, γ, δ, δ” di EcDpo III sono denominate caricatore del morsetto. Questo complesso assembla il morsetto scorrevole della subunità β al DNA.
Vedi anche Utente: Karl E., Zahn / RB69 DNA polimerasi (gp43)
Strutture 3D della DNA polimerasi
Strutture 3D della DNA polimerasi