DNA -Polymerase

Schritt 2 der DNA -Replikation: Schaffung einer neuen Kette mit DNA -Polymerase. Quelle: Christinelmiller, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Was ist DNA -Polymerase?

Der DNA -Polymerase Es ist ein Enzym, das für die Katalyse der Polymerisation des neuen DNA -Strangs während der Replikation dieses Moleküls verantwortlich ist. Seine Hauptfunktion ist es, zu kombinieren. Nimmt auch an der DNA -Reparatur teil.

Dieses Enzym ermöglicht die korrekte Übereinstimmung zwischen den DNA -Basen der Formkette und der neuen, die dem Schema von a nach T und G mit C erkennbar ist.

Der DNA -Replikationsprozess muss wirksam sein und sollte schnell durchgeführt werden, sodass die DNA⁹ oder 10¹⁰ Eingebaute Nukleotide.

Es gibt verschiedene Arten von DNA -Polymerase. Diese variieren sowohl in Eukaryoten als auch in Prokaryoten, und jeder spielt eine spezifische Rolle bei der Replikation und Reparatur von DNA.

Leute

Prokaryoten

Die prokaryotischen Organismen (Organismen ohne einen echten Kern, der durch eine Membran abgegrenzt wird) haben drei Hauptpolymerasen -DNA, die üblicherweise als Pol I, II und III abgekürzt werden.

DNA -Polymerase I beteiligt sich an der Replikation und Reparatur von DNA und hat eine Exonuklease -Aktivität in beide Richtungen. Es wird angenommen, dass die Rolle dieses Enzyms bei der Replikation sekundär ist.

Der II nimmt an der Reparatur der DNA teil und seine Exonuklease-Aktivität liegt im Sinne 3'-5 '. Der III nimmt an der Replikation und Überprüfung der DNA teil, und sowie an das vorherige Enzym sind die Exonuklease-Aktivität im Sinne von 3'-5 'enthalten.

Eucarotas

Die Eukaryoten (Organismen mit einem wahren Kern, die durch eine Membran abgegrenzt sind) haben fünf Polymerase -DNA, die mit Buchstaben des griechischen Alphabets bezeichnet werden: α, β, γ, δ und ε.

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Die γ -Polymerase befindet sich in den Mitochondrien und ist für die Replikation von genetischem Material in dieser zellulären Organelle verantwortlich. Im Gegensatz dazu befinden sich die anderen vier im Kern der Zellen und sind an der Replikation von nuklearer DNA beteiligt.

Die α-, δ- und ε -Varianten sind im Wirkstoff -Abteilungsprozess am aktivsten, was darauf hindeutet, dass ihre Hauptfunktion mit der Produktion von Kopien von DNA verbunden ist.

DNA -Polymerase β präsentiert inzwischen Aktivitätspeaks in nicht geteilten Zellen. Daher wird angenommen, dass seine Hauptfunktion mit der DNA -Reparatur verbunden ist.

Verschiedene Experimente haben es geschafft, die Hypothese zu verifizieren, die hauptsächlich mit den Polymerasen α, δ und ε mit der Replikation von DNA assoziiert ist. Die Typen γ, δ und ε zeigen die Exonuklease-Aktivität 3'-5 '.

Archaeas

Die neuen Sequenzierungsmethoden haben es geschafft, eine Vielzahl von DNA -Polymerasefamilien zu identifizieren. In den Bögen, insbesondere in einer Familie von Enzymen, die als Familie D bezeichnet wird, wurde identifiziert, die für diese Gruppe von Organismen einzigartig sind.

Funktionen

Replikation von DNA

Die DNA -Replikation erfordert eine Reihe von Enzymen, die den Prozess katalysieren. Unter diesen Proteinmolekülen sticht die DNA -Polymerase auf.

Alle bekannten Polymerasen -DNA teilen sich zwei wesentliche Eigenschaften, die mit dem Replikationsprozess verbunden sind.

• Erstens synthetisieren alle Polymerasen den DNA-Strang in 5'-3 '-Richt.
• Zweitens kann die Polymerase -DNA nicht beginnen, eine neue Kette von Nichts zu synthetisieren. Sie benötigen ein zusätzliches Element, das als First oder Priming bekannt ist. Dies ist ein Molekül, das durch einige Nukleotide gebildet wird, die von einer freien Hydroxylgruppe gewährt werden, in der Polymerase verankert werden kann und ihre Aktivität starten kann. Dies ist einer der grundlegenden Unterschiede zwischen DNA- und RNA -Polymerasen, da dieser die Synthese einer Kette beginnen kann von novo.

DNA -Reparatur

DNA ist ständig faktoren ausgesetzt, sowohl endogen als auch exogen, was es schädigen kann. Diese Schäden können die Replikation blockieren und sich ansammeln, damit sie die Expression von Genen beeinflussen und Probleme in den verschiedenen zellulären Prozessen erzeugen.

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Zusätzlich zu seiner Funktion im DNA -Replikationsprozess ist Polymerase auch eine Schlüsselkomponente von DNA -Reparaturmechanismen. Sie können auch als Sensoren im Zellzyklus fungieren, die den Eingang zur Teilungsphase verhindern, wenn die DNA beschädigt ist.

Struktur

Derzeit war es dank Kristallographiestudien möglich, die Strukturen verschiedener Polymerasen aufzuklären. Basierend auf ihrer primären Sequenz werden Polymerasen in Familien eingeteilt: A, B, C, X und Y.

Einige Aspekte sind allen Polymerasen gemeinsam, insbesondere solche, die mit den katalytischen Zentren des Enzyms zusammenhängen.

Dazu gehören zwei wichtige aktive Stellen mit Metallionen mit zwei Aspartatresten und einem variablen Rest, ob Aspartat oder Glutamat, die Metalle koordiniert. Es gibt eine weitere Reihe von geladenen Abfällen, die das katalytische Zentrum umgeben und in den verschiedenen Polymerasen erhalten bleiben.

In Prokaryoten ist DNA -Polymerase I ein 103 kD -Polypeptid, das II ist ein 88 kD -Polypeptid und der III besteht aus zehn Untereinheiten.

In Eukaryoten sind Enzyme größer und komplexer: α wird durch fünf Einheiten, β und γ für eine Untereinheit, δ für zwei Untereinheiten und ε um 5 um 5 gebildet.

Anwendungen

PRC

Die Polymerase -Kettenreaktion (PRC) ist eine Methode, die in allen Labors der molekularen Biologie verwendet wird, dank ihrer Nützlichkeit und Einfachheit. Das Ziel dieser Methode ist es, ein interessierendes DNA -Molekül massiv zu verstärken.

Um dies zu erreichen, verwenden Biologen eine Polymerase -DNA, die durch Wärme nicht beschädigt wird (hohe Temperatur ist für diesen Prozess unverzichtbar), um das Molekül zu verstärken. Das Ergebnis dieses Prozesses ist eine hohe Anzahl von DNA -Molekülen, die mit unterschiedlichen Zwecken verwendet werden können.

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Einer der herausragendsten klinischen Gewinne der Technik ist die Verwendung in der medizinischen Diagnose. PRC kann verwendet werden, um das Vorhandensein von pathogenen Bakterien und Viren bei Patienten zu überprüfen, wie im Fall von Coronavirus.

Antitumorantibiotika und Medikamente

Eine erhebliche Anzahl von Medikamenten zielen.

In einigen davon ist Weiß die Hemmung der DNA -Polymeraseaktivität. Zum Beispiel deaktiviert Citarabina des Chemotherapeutikums, auch Cytosinarabinosid, DNA -Polymerase.

Verweise

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