סוגי פולימראז DNA, פונקציה ומבנה

ה פולימראז דנ"א הוא אנזים האחראי לזרז את הפילמור של גדיל הדנ"א החדש במהלך שכפול המולקולה. הפונקציה העיקרית היא להתאים triphosphates deoxyribonototide עם אלה של שרשרת תבנית. היא גם משתתפת בתיקון DNA.

אנזים זה מאפשר התאמה נכונה בין בסיסי DNA של שרשרת עובש לבין אחד חדש, בעקבות ערכת A זוגות עם T, ו- G עם C.

תהליך שכפול הדנ"א חייב להיות יעיל חייב להתבצע במהירות, ולכן הפולימרז DNA פועל על ידי הוספת על 700 נוקליאוטידים לשנייה ורק עושה שגיאה כל 10⁹ או 10¹⁰ מוטבע נוקלאוטידים.

ישנם סוגים שונים של פולימראז DNA. אלה משתנים הן eukaryotes ו prokaryotes, ולכל אחד יש תפקיד מסוים שכפול דנ"א ותיקון..

יתכן כי אחד האנזימים הראשונים להופיע באבולוציה היה פולימריות, שכן היכולת לשכפל את הגנום במדויק היא דרישה מהותית לפיתוח של אורגניזמים.

גילוי האנזים הזה מיוחס לארתור קורנברג ולעמיתיו. חוקרת זו זיהתה DNA פולימראז אני (פול I) בשנת 1956, תוך כדי עבודה עם Escherichia coli. באופן דומה, זה היה ווטסון וקריק שהציעו כי אנזים זה יכול לייצר עותקים נאמנים של מולקולת הדנ"א.

אינדקס

• 1 סוגים
  • 1.1 פרוקריוטים
  • 1.2 אוקריוטים
  • 1.3 קשתות
• 2 פונקציות: שכפול דנ"א ותיקון
  • 2.1 מהי שכפול דנ"א?
  • 2.2 תגובה
  • 2.3 תכונות של פולימרים דנ"א
  • 2.4 שברי אוקזאקי
  • 2.5 תיקון DNA
• 3 מבנה
• 4 יישומים
  • 4.1 PRC
  • 4.2 אנטיביוטיקה ותרופות אנטי - סרטניות
• 5 הפניות

סוגים

פרוקריוטים

אורגניזמים פרוקריוטים (אורגניזמים ללא גרעין אמיתי, מופרדים על ידי קרום) מחזיקים שלוש פולימריות דנ"א עיקריות, המקובלות בדרך כלל כפול אני, II ו- III.

DNA polymerase אני משתתף שכפול ותיקון של דנ"א ו בעל פעילות exonuclease בשני הכיוונים. זה נחשב כי תפקידו של האנזים הזה בשכפול הוא משני.

השנייה משתתפת בתיקון DNA ו פעילות exonuclease שלה הוא בכיוון 3'-5. השלישי משתתף בשכפול ותיקון של דנ"א, וכמו האנזים הקודם, פעילות exonuclease הוא בכיוון 3'-5.

אוקריוטים

ל- eukaryotes (אורגניזמים עם גרעין אמיתי, מופרד על ידי קרום) יש חמש פולימרים DNA, הנקובים באותיות של האלפבית היווני: α, β, γ, δ ו ε.

פולימראז γ ממוקם במיטוכונדריה והוא אחראי על שכפול החומר הגנטי באורגנל הסלולר הזה. לעומת זאת, ארבעת האחרים נמצאים בגרעין התאים ומעורבים בשכפול DNA גרעיני.

Α, δ ו ε וריאנטים הם הפעילים ביותר בתהליך של חלוקת התא, מה שמרמז כי הפונקציה העיקרית שלהם קשורה עם ייצור של עותקים DNA.

ה- DNA פולימראז β, לעומת זאת, מציג פסגות של פעילות בתאים שאינם מחלקים, הסיבה להניח כי תפקידו העיקרי קשור לתיקון של ה- DNA.

ניסויים שונים הצליחו לאמת את ההשערה כי הם מקשרים בעיקר פולימריות α, δ ו ε עם שכפול דנ"א. סוגי γ, δ ו ε התערוכה 3 '-5' פעילות exonuclease.

קשתות

שיטות חדשות של רצף הצליחו לזהות מגוון עצום של משפחות של פולימרים DNA. ב archaea, במיוחד, זיהינו משפחה של אנזימים, המכונה D המשפחה, אשר ייחודיים קבוצה זו של אורגניזמים.

פונקציות: שכפול דנ"א ותיקון

מהו שכפול דנ"א?

DNA הוא המולקולה שנושאת את כל המידע הגנטי של אורגניזם. זה מורכב סוכר, בסיס חנקני (אדנין, גואנין, ציטוזין ו תימין) וקבוצת פוספט.

במהלך תהליכי חלוקת התא, המתרחשים ללא הרף, יש להעתיק את הדנ"א במהירות ובדייקנות - במיוחד בשלב S של מחזור התא. תהליך זה שבו התא מעתיק את הדנ"א ידוע כסינכרון.

מבחינה מבנית, מולקולת הדנ"א נוצרת על ידי שתי גדילים, יוצרים סליל. במהלך תהליך השכפול, אלה מופרדים וכל אחד פועל כמזג להיווצרות מולקולה חדשה. לפיכך, הגדילים החדשים עוברים לתאי הבת בתהליך חלוקת התא.

מאחר שכל גדיל מתמתן, נאמר כי שכפול הדנ"א הוא סמלי - בסופו של התהליך, המולקולה החדשה מורכבת מחוט חדש ומעקה ישנה. תהליך זה תואר בשנת 1958 על ידי החוקרים Meselson ו Stahl, באמצעות isophotos.

שכפול הדנ"א דורש סדרה של אנזימים המזרזים את התהליך. בין אלה מולקולות חלבון, פולימראז DNA בולט.

תגובה

עבור סינתזה דנ"א להתרחש, את המצעים הדרושים לתהליך נדרשים: trioxosphate deoxyribonototide (dNTP)

מנגנון התגובה כרוך בהתקף נוקליאופילי של קבוצת הידרוקסיל בקצה 3 'של גדיל גדל ב פוספט אלפא של DNTP משלימים, ביטול פירווספט. צעד זה חשוב מאוד, שכן האנרגיה עבור פילמור מגיע הידרוליזה של dNTP ואת כתוצאה pyrophosphate.

פול III או אלפא מצטרף הראשון (ראה המאפיינים של הפולימרים) ומתחיל להוסיף את נוקליאוטידים. האפסילון מאריך את שרשרת המנהיגים, והדלתא מאריכה את החוט המעוכב.

תכונות של פולימרים DNA

כל פולימריות DNA ידועים חולקים שני מאפיינים חיוניים הקשורים לתהליך השכפול.

ראשית, כל פולימריות לסנתז את גדיל ה- DNA ב -53 'לכיוון, הוספת dNTP לקבוצה hydroxyl של שרשרת ההולכת וגדלה.

שנית, פולימריות DNA אינן יכולות להתחיל לסנתז שרשרת חדשה מכלום. הם צריכים אלמנט נוסף המכונה פריימר או תחל, שהוא מולקולה שנוצרה על ידי כמה נוקליאוטידים שנותן קבוצת hydroxyl חינם, שבו הפולימראז יכול לעגן ולהתחיל את פעילותה.

זהו אחד ההבדלים הבסיסיים בין דנ"א ו- RNA פולימרים, שכן האחרון הוא מסוגל ליזום את הסינתזה של שרשרת דה נובו.

שברי אוקזאקי

המאפיין הראשון של פולימרים דנ"א המוזכרים בסעיף הקודם הוא סיבוך עבור שכפול semiconservative. מאז שני גדילי דנ"א פועל בדרך antiparallel, אחד הוא מסונתז batchwise (אשר צריך להיות מסונתז במובן 3'-5 ").

בגדילה המאוחרת מתרחשת סינתזה בלתי רציפה באמצעות הפעילות הרגילה של הפולימראז, 5'3 ', והשבטים המתקבלים - הידועים בספרות כשברי אוזקאקי - כרוכים באנזים אחר, ליגאז.

תיקון דנ"א

הדנ"א נחשף כל הזמן לגורמים, אנדוגניים ואקסוגניים, העלולים להזיק לו. נזקים אלה יכולים לחסום את השכפול ולצבור, כך שהם משפיעים על הביטוי של הגנים, יוצרות בעיות בתהליכים הסלולר מגוונים.

בנוסף לתפקידה של תהליך שכפול דנ"א, פולימראז הוא גם מרכיב מפתח של מנגנוני תיקון דנ"א. הם יכולים גם לשמש חיישנים במחזור התא המונעים כניסה לשלב חלוקת אם ה- DNA פגום.

מבנה

כיום, הודות למחקרים של קריסטלוגרפיה, ניתן היה להבהיר את המבנים של פולימרים שונים. בהתבסס על רצף העיקרי שלהם, פולימריות מקובצים למשפחות: A, B, C, X ו- Y.

היבטים מסוימים משותפים לכל הפולימריות, במיוחד אלו הקשורות למרכזים הקטליטיים של האנזים.

אלה כוללים שני אתרים פעילים מפתח שיש להם יונים מתכת, עם שני שאריות aspartate ו שאריות משתנה - או aspartate או גלוטמט, אשר מתאם את המתכות. יש עוד סדרה של שאריות טעונות המקיפים את המרכז הקטליטית ומשומרים בפולימרים השונים.

ב prokaryotes, פולימראז DNA אני 103 ק"ד פוליפפטיד, II הוא פוליפפטיד 88 ד ו III מורכב מעשר יחידות משנה.

ב- eukariotes, האנזימים גדולים ומורכבים יותר: α נוצר על ידי חמש יחידות, β ו- γ על-ידי תת-יחידה, δ על-ידי שתי יחידות משנה, ו- ε ב- 5..

יישומים

PRC

תגובת שרשרת הפולימראז (PRC) היא שיטה המשמשת בכל מעבדות הביולוגיה המולקולרית, הודות לתועלתה ופשטותה. מטרת שיטה זו היא להגביר באופן מסיבי מולקולת דנ"א של עניין.

כדי להשיג זאת, הביולוגים משתמשים בפולימראז דנ"א שאינו פגום בחום (טמפרטורות גבוהות חיוניות לתהליך זה) כדי להגביר את המולקולה. התוצאה של תהליך זה היא מספר גבוה של מולקולות דנ"א שניתן להשתמש בהם למטרות שונות.

אחד הכלים הקליניים הבולטים ביותר של הטכניקה הוא השימוש שלה באבחון רפואי. PRC ניתן להשתמש כדי לבדוק את נוכחותם של חיידקים ווירוסים פתוגניים בחולים.

אנטיביוטיקה ותרופות נגד גידולים

מספר משמעותי של תרופות מכוונים לקצר את מנגנוני שכפול הדנ"א באורגניזם הפתוגני, בין אם זה וירוס או חיידק.

בחלק זה, המטרה היא עיכוב של פעילות DNA פולימראז. לדוגמה, cytarabine chemotherapeutic התרופה, המכונה גם cybosine arabinoside, משבית DNA פולימראז.

הפניות

1. אלברטס, ב, בריי, ד, הופקין, ק ', ג' ונסון, א.ד., לואיס, ג ', רף, מ', ... & Walter, P. (2015). ביולוגיה תאית חיונית. מדע גרלנד.
2. קאן, ק., & Ishino, י '(1999). שכפול דנ"א Archaeal: זיהוי חלקי כדי לפתור חידה. גנטיקה, 152(4), 1249-67.
3. קופר, ג 'מ', והאוסמן, ר '(2004). התא: גישה מולקולרית. מדיקלנסקה נקלדה.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). פונקציות מרובות של פולימרים DNA. ביקורות קריטיות במדעי הצמח, 26(2), 105-122.
5. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). פונקציות של פולימרים DNA אוקריוטים. המדע של SAGE KE, 2003(8), 3.
6. Steitz, T. A. (1999). פולימריות DNA: גיוון מבני ומנגנונים משותפים. כתב עת לכימיה ביולוגית, 274(25), 17395-17398.
7. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G, & Wilson, S. H. (2013). השוואה מבנית של ארכיטקטורת DNA polymerase מציע שער nucleotide לאתר פעיל polymerase. ביקורות כימיות, 114(5), 2759-74.