struktury / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

shrnutí struktury

struktur / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

shrnutí struktury

struktur / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

shrnutí struktury

Na základě sekvenční homologie lze DNA polymerázy dále rozdělit do sedmi různých rodin: A, B, C, D, X, Y, a RT.

Některé viry také kódují speciální DNA polymerázy, jako je DNA polymeráza viru hepatitidy B. Ty mohou selektivně replikovat virovou DNA prostřednictvím různých mechanismů. Retroviry kódují neobvyklou DNA polymerázu zvanou reverzní transkriptáza, což je DNA polymeráza závislá na RNA (RdDp). Polymerizuje DNA ze šablony RNA.

Prokaryotická polymerázaEdit

Prokaryotické polymerázy existují ve dvou formách: polymeráza jádra a holoenzym. Core polymerase syntetizuje DNA z šablony DNA, ale nemůže zahájit syntézu sám nebo přesně. Holoenzym přesně iniciuje syntézu.

Pol IEdit

Prokaryotická rodina A polymerázy zahrnují enzym DNA polymeráza I (Pol I), který je kódován polA genem a mezi prokaryoty je všudypřítomný. Tato opravná polymeráza je zapojena do excizní opravy s aktivitou exonukleáz 3 „- 5“ a 5 „- 3“ a zpracováním fragmentů Okazaki generovaných během syntézy zaostávajícího řetězce. Pol I je nejhojnější polymeráza, která odpovídá za > 95% aktivity polymerázy v E. coli; přesto bylo zjištěno, že buňky postrádající Pol I naznačují, že aktivita Pol I může být nahrazena dalšími čtyřmi polymerázami. Pol I přidává ~ 15-20 nukleotidů za sekundu, což ukazuje špatnou zpracovatelnost. Místo toho Pol I začíná přidávat nukleotidy na RNA primer: spojení spojení známé jako počátek replikace (ori). Přibližně 400 bp po proudu od původu je holoenzym Pol III sestaven a přebírá replikaci s vysokou procesní rychlostí a povahou.

Taq polymeráza je tepelně stabilní enzym této rodiny, který postrádá schopnost korektury.

Pol IIEdit

DNA polymeráza II je rodinná B polymeráza kódovaná polB genem. Pol II má aktivitu 3 „–5“ exonukleázy a podílí se na opravě DNA, restartu replikace, aby obešel léze, a jeho přítomnost v buňce může během SOS indukce vyskočit z ~ 30–50 kopií na buňku na ~ 200–300. Pol II je také považován za zálohu Pol III, protože může interagovat s holoenzymovými proteiny a předpokládat vysokou úroveň procesivity. Hlavní rolí Pol II je myšlenka být schopnost řídit aktivitu polymerázy na replikační vidlici a pomohla zastavit neshody terminálu Pol III.

Pfu DNA polymeráza je tepelně stabilní enzym této rodiny nalezený v hypertermofilní archaeon Pyrococcus furiosus. Podrobná klasifikace dělí rodinu B v archaeách na B1, B2, B3, kde B2 je skupina pseudoenzymů. Pfu patří do rodiny B3. Další PolB nalezené v archaeách jsou součástí „Casposons“, transpozonů závislých na Cas1. Některé viry (včetně Φ29 DNA polymerázy) a mitochondriální plazmidy nesou také polB.

Pol IIIEdit

Holoenzym DNA polymerázy III je primární enzym podílející se na replikaci DNA v E. coli a patří do rodiny C polymeráz. Skládá se ze tří sestav: jádra pol III, faktoru procesivity posuvné svorky beta a komplexu načítání svorek. Jádro se skládá ze tří podjednotek: α, centrum aktivity polymerázy, ɛ, exonukleolytický korektor a θ, které mohou působit jako stabilizátor pro ɛ. Faktor procesivity posuvné svorky beta je také přítomen v duplikátu, jeden pro každé jádro, aby vytvořil svorku, která obklopuje DNA umožňující vysokou procesivitu. Třetí sestava je komplex svorkových zavaděčů se sedmi podjednotkami (τ2γδδ′χψ).

Stará učebnice „trombónový model“ zobrazuje elongační komplex se dvěma ekvivalenty jádrového enzymu na každé replikační vidlici (RF), jeden pro každý řetězec, zaostávající a vedoucí. Nedávné důkazy ze studií s jednou molekulou však naznačují průměrně tři stechiometrické ekvivalenty jádrového enzymu v každé RF jak pro Pol III, tak pro jeho protějšek v B. subtilis, PolC.Buněčná fluorescenční mikroskopie odhalila, že syntéza předních řetězců nemusí být zcela kontinuální a Pol III * (tj. Podjednotky holoenzymu α, ε, τ, δ a χ bez posuvné svorky ß2) má vysokou frekvenci disociace od aktivních RF. V těchto studiích byla rychlost obratu replikační vidlice přibližně 10 s pro Pol III *, 47 s pro posuvnou svorku ß2 a 15 m pro helikázu DnaB. To naznačuje, že helikáza DnaB může zůstat stabilně asociovaná na RF a sloužit jako nukleační bod pro kompetentní holoenzym. Studie in vitro s jednou molekulou ukázaly, že Pol III * má vysokou rychlost fluktuace RF, když je v přebytku, ale zůstává stabilně spojena s replikačními vidlicemi, když je koncentrace omezující. Další studie s jednou molekulou ukázala, že aktivita helikázy DnaB a prodloužení řetězce mohou pokračovat s oddělenou stochastickou kinetikou.

Pol IVEdit

V E. coli je DNA polymeráza IV (Pol IV) DNA polymeráza náchylná k chybám zapojená do necílené mutageneze. Pol IV je polymeráza rodiny Y exprimovaná genem dinB, která je zapnutá prostřednictvím SOS indukce způsobené zastavenými polymerázami na replikační vidlici. Během indukce SOS se produkce Pol IV zvyšuje desetinásobně a jednou z funkcí během této doby je interferovat s holoenzymovou zpracovatelností Pol III. Tím se vytvoří kontrolní bod, zastaví se replikace a poskytne se čas na opravu poškození DNA pomocí příslušné cesty opravy. Další funkcí Pol IV je provádět syntézu transleze na zastavené replikační vidlici, jako je například obcházení N2-deoxyguaninových aduktů rychlejší rychlostí než transverze nepoškozené DNA. Buňky bez genu dinB mají vyšší rychlost mutageneze způsobené látkami poškozujícími DNA.

Pol VEdit

DNA polymeráza V (Pol V) je DNA polymeráza rodiny Y, která se podílí na Mechanismy opravy DNA SOS reakce a syntéza translese. Transkripce Pol V prostřednictvím genů umuDC je vysoce regulovaná, aby produkovala pouze Pol V, když je v buňce přítomna poškozená DNA, která generuje SOS odpověď. Zastavené polymerázy způsobují, že se RecA váže na ssDNA, což způsobuje autodigestaci proteinu LexA. LexA poté ztrácí schopnost potlačovat transkripci umuDC operonu. Stejný RecA-ssDNA nukleoprotein posttranslačně modifikuje UmuD protein na UmuD „protein. UmuD a UmuD“ tvoří heterodimer, který interaguje s UmuC, což zase aktivuje umuC polymerázovou katalytickou aktivitu na poškozenou DNA. V E. coli polymeráza “ byl navržen model pro přepínání pol III s pol IV na zastavené replikační vidlici, kde se obě polymerázy vážou současně na β-svorku. U E. coli však dosud nebylo prokázáno zapojení více než jedné TLS polymerázy postupné za účelem obcházení léze. Kromě toho může Pol IV s vysokou účinností katalyzovat inzerci i extenzi, zatímco pol V je považován za hlavní SOS TLS polymerázu. Jedním z příkladů je obtok intra-vláknového zesítění guanin-thyminu, kde bylo na základě rozdílu v mutačních podpisech dvou polymeráz prokázáno, že pol IV a pol V soutěží o TLS nitro-vláknového zesítění.

Family DEdit

V roce 1998 byla objevena rodina D DNA polymerázy u Pyrococcus furiosus a Methanococcus jannaschii. Komplex PolD je heterodimer dvou řetězců, každý kódovaný DP1 (malá korektura) a DP2 (velká katalytická). Na rozdíl od jiných DNA polymeráz se struktura a mechanismus katalytického jádra DP2 podobá struktuře a mechanismu vícepodjednotkových RNA polymeráz. Rozhraní DP1-DP2 se podobá rozhraní eukaryotického třídy B polymerázového zinkového prstu a jeho malé podjednotky. DP1, exonukleáza podobná Mre11, je pravděpodobně předchůdcem malé podjednotky Pol α a ε a poskytuje možnosti korektury, které jsou nyní v eukaryotech ztraceny. Jeho N-koncová HSH doména je strukturou podobná AAA proteinům, zejména Pol III podjednotce 5 a RuvB. DP2 má doménu KH třídy II. Pyrococcus abyssi polD je tepelně stabilnější a přesnější než Taq polymeráza, ale dosud nebyl komerčně dostupný. Bylo navrženo, že DNA polymeráza rodiny D byla první, která se vyvinula v buněčných organismech, a že replikativní polymeráza posledního univerzálního buněčného předka (LUCA) patřila do rodiny D.

Eukaryotická DNA polymerázaEdit

Polymerázy β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) a TdTEdit

Polymerázy rodiny X obsahují známou eukaryotickou polymerázu pol β (beta) a další eukaryotické polymerázy jako Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) a Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT). Polymerázy rodiny X se nacházejí hlavně u obratlovců a několik z nich se nachází v rostlinách a houbách. Tyto polymerázy mají vysoce konzervované oblasti, které zahrnují dva motivy šroubovice-vlásenka-šroubovice, které jsou v interakcích DNA-polymeráza nezbytné. Jeden motiv je umístěn v 8 kDa doméně, která interaguje s DNA po směru a jeden motiv je umístěn v palcové doméně, která interaguje s řetězcem primeru.Pol β, kódovaný genem POLB, je vyžadován pro opravu excize báze s krátkou náplastí, opravnou cestu DNA, která je nezbytná pro opravu alkylovaných nebo oxidovaných bází i abazických míst. Pol λ a Pol μ, kódované geny POLL a POLM, jsou zapojeny do nehomologního spojování konců, což je mechanismus pro opětovné spojení dvouřetězcových zlomů DNA v důsledku peroxidu vodíku a ionizujícího záření. TdT je exprimován pouze v lymfoidní tkáni a přidává „n nukleotidů“ k dvouřetězcovým zlomům vytvořeným během rekombinace V (D) J, aby se podpořila imunologická rozmanitost.

Polymerázy α, δ a ε (alfa, delta, a epsilon) Upravit

Pol α (alfa), Pol δ (delta) a Pol ε (epsilon) jsou členy polymeráz rodiny B a jsou hlavními polymerázami zapojenými do replikace nukleární DNA. Komplex Pol α (komplex primázy Pol α-DNA) se skládá ze čtyř podjednotek: katalytické podjednotky POLA1, regulační podjednotky POLA2 a malé a velké podjednotky primázy PRIM1 a PRIM2. Jakmile primáza vytvořila RNA primer, Pol α začne replikaci prodlužováním primeru ~ 20 nukleotidy. Díky své vysoké zpracovatelnosti přebírá Pol δ syntézu předních a zaostávajících řetězců z Pol α.: 218–219 Pol δ je exprimován geny POLD1, čímž vytváří katalytickou podjednotku, POLD2, POLD3 a POLD4 vytvářející další podjednotky, které interagují s Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), což je DNA svorka, která umožňuje Pol δ vlastnit procesivitu. Pol ε je kódován POLE1, katalytickou podjednotkou, POLE2 a POLE3 genem. Bylo hlášeno, že funkcí Pol ε je prodloužit hlavní vlákno během replikace, zatímco Pol δ primárně replikuje zaostávající vlákno; nedávné důkazy však naznačují, že Pol δ může hrát roli i při replikaci vedoucího řetězce DNA. Oblast „polymerázové relikvie“ Pol-C-konce, i když není nezbytná pro aktivitu polymerázy, je považována za nezbytnou pro vitalitu buněk. Předpokládá se, že oblast C-konce poskytuje kontrolní bod před vstupem do anafáze, poskytuje stabilitu holoenzymu, a přidejte proteiny k holoenzymu nezbytnému pro zahájení replikace. Pol ε má větší „palmovou“ doménu, která poskytuje vysokou procesivitu nezávisle na PCNA.

Ve srovnání s jinými polymerázami rodiny B je rodina exonukleáz DEDD odpovědná za korektury je inaktivován v Pol α. Pol ε je jedinečný v tom, že má na svém C-konci dvě domény zinkového prstu a neaktivní kopii jiné rodiny B polymerázy. Přítomnost tohoto zinkového prstu má důsledky pro původ Eukaryoty, která v tomto pouzdro je umístěno do skupiny Asgard s archaeal B3 polymerázou.

Polymerázy η, ι a κ (eta, iota a kappa) Upravit

Pol η (eta), Pol ι ( iota) a Pol κ (kappa) jsou DNA polymerázy rodiny Y zapojené do D Oprava NA syntézou translesionů a kódovaná geny POLH, POLI a POLK. Členové rodiny Y mají pět společných motivů, které pomáhají vázat substrát a konec primeru, a všechny zahrnují typické pravé palce, dlaně a prsty s přidanými doménami, jako je malíček (LF), doména spojená s polymerázou (PAD) nebo zápěstí. Aktivní místo se však mezi členy rodiny liší kvůli opravovaným různým lézím. Polymerázy v rodině Y jsou polymerázy s nízkou věrností, ale bylo prokázáno, že jsou více prospěšné než škodlivé, protože mutace, které ovlivňují polymerázu, mohou způsobit různá onemocnění, jako je rakovina kůže a Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). O důležitosti těchto polymeráz svědčí skutečnost, že gen kódující DNA polymerázu η je označován jako XPV, protože ztráta tohoto genu vede k onemocnění Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η je zvláště důležitý pro umožnění přesné translesní syntézy poškození DNA v důsledku ultrafialového záření. Funkčnost Pol κ není zcela známa, ale vědci našli dvě pravděpodobné funkce. Předpokládá se, že Pol κ působí v určitých lézích DNA jako prodlužovač nebo inzert specifické báze. Všechny tři polymerázy pro syntézu translezí spolu s Rev1 jsou přijímány do poškozených lézí prostřednictvím zastavené replikativní DNA polymerázy. Existují dvě cesty vedoucí k opravě poškození, které vedou k závěru, že zvolená cesta závisí na tom, který řetězec obsahuje poškození, hlavní nebo zaostávající řetězec.

Polymerázy Rev1 a ζ (zeta) Upravit

Pol ζ další polymeráza rodiny B, je vyrobena ze dvou podjednotek Rev3, katalytické podjednotky, a Rev7 (MAD2L2), která zvyšuje katalytickou funkci polymerázy, a podílí se na syntéze translesia. Pol ζ postrádá 3 „až 5“ aktivitu exonukleázy, je jedinečný v tom, že může prodlužovat primery s terminálními neshodami. Rev1 má tři oblasti zájmu v doméně BRCT, doménu vázající ubikvitin a C-koncovou doménu a má schopnost dCMP transferázy, která přidává deoxycytidinové opačné léze, které by zastavily replikativní polymerázy Pol δ a Pol ε.Tyto zastavené polymerázy aktivují ubikvitinové komplexy, které zase disociují replikační polymerázy a získávají Pol ζ a Rev1. Společně Pol ζ a Rev1 přidávají deoxycytidin a Pol ζ přesahuje lézi. Prostřednictvím dosud neurčeného procesu Pol ζ disociuje a replikační polymerázy reasociují a pokračují v replikaci. Pol ζ a Rev1 nejsou pro replikaci vyžadovány, ale ztráta genu REV3 u začínajících kvasinek může způsobit zvýšenou citlivost na látky poškozující DNA v důsledku kolapsu replikačních vidlic, kde se replikační polymerázy zastavily.

TelomeraseEdit

Telomeráza je ribonukleoprotein, který slouží k replikaci konců lineárních chromozomů, protože normální DNA polymeráza nemůže replikovat konce ani telomery. Jednořetězcový 3 „přesah dvouřetězcového chromozomu se sekvencí 5“ -TTAGGG-3 „rekrutuje telomerázu. Telomeráza působí jako jiné DNA polymerázy prodloužením 3“ konce, ale na rozdíl od jiných DNA polymeráz nevyžaduje telomeráza šablonu. Podjednotka TERT, příklad reverzní transkriptázy, používá podjednotku RNA k vytvoření spojení primer-templát, které umožňuje telomeráze prodloužit 3 „konec konců chromozomů. Postupné zmenšování velikosti telomer v důsledku mnoha replikací během životnost je považována za spojenou s účinky stárnutí .:248–249

Polymerázy γ, θ a ν (gama, theta a nu) Upravit

Pol γ (gama), Pol θ (theta) a Pol ν (nu) jsou polymerázy rodiny A. Pol γ, kódovaný genem POLG, byl dlouho považován za jedinou mitochondriální polymerázu. , nedávný výzkum ukazuje, že v mitochondriích je přítomen alespoň Pol β (beta), polymeráza rodiny X. Jakákoli mutace, která vede k omezenému nebo nefunkčnímu Pol γ, má významný účinek na mtDNA a je nejčastější příčinou autosomálních zděděné mitochondriální poruchy. Pol γ obsahuje doménu C-konce polymerázy a N-konec 3 „–5“ doménu exonukleázy, které jsou připojeno přes oblast linkeru, která váže podjednotku příslušenství. Doplňková podjednotka váže DNA a je nutná pro procesivitu Pol γ. Bodová mutace A467T v oblasti linkeru je zodpovědná za více než jednu třetinu všech mitochondriálních poruch souvisejících s Pol γ. I když se v eukaryotech nachází mnoho homologů Pol θ, kódovaných genem POLQ, jeho funkce není jasně pochopena. Sekvence aminokyselin na C-konci je to, co klasifikuje Pol θ jako polymerázu rodiny A, ačkoli chybovost pro Pol θ je více příbuzná polymerázám rodiny Y. Pol θ prodlužuje neodpovídající konce primeru a může obcházet abasická místa přidáním nukleotidu. Má také aktivitu deoxyribofosfodiesterázy (dRPázy) v doméně polymerázy a může vykazovat aktivitu ATPázy v těsné blízkosti ssDNA. Pol ν (nu) je považován za nejméně účinný z polymerázových enzymů. DNA polymeráza nu však hraje aktivní roli v opravě homologie během buněčných odpovědí na síťování a plní svoji roli v komplexu s helikázou.

Rostliny používají ke kopírování mitochrondriových a plastidových genomů dvě polymerázy rodiny A. Jsou více podobné bakteriální Pol I než savčím Pol γ.

Reverzní transkriptázaEdit

Retroviry kódují neobvyklou DNA polymerázu zvanou reverzní transkriptáza, což je DNA polymeráza závislá na RNA (RdDp), který syntetizuje DNA z templátu RNA. Rodina reverzní transkriptázy obsahuje jak funkčnost DNA polymerázy, tak funkčnost RNázy H, která degraduje RNA spárovanou na DNA. Příkladem retroviru je HIV.: Reverzní transkriptáza se běžně používá při amplifikaci RNA pro výzkumné účely. Použitím templátu RNA může PCR využít reverzní transkriptázu a vytvořit templát DNA. Tuto novou šablonu DNA lze poté použít pro typickou amplifikaci PCR. Produkty takového experimentu jsou tedy amplifikovanými produkty PCR z RNA.

Každá částice HIV retroviru obsahuje dva RNA genomy, ale po infekci každý virus generuje pouze jeden provirus. Po infekci je reverzní transkripce doprovázena přepínáním templátu mezi dvěma kopiemi genomu (rekombinace volby kopie). V každém replikačním cyklu se vyskytuje 5 až 14 rekombinačních událostí na genom. Přepínání templátů (rekombinace) se jeví jako nezbytné pro zachování integrity genomu a jako opravný mechanismus pro záchranu poškozených genomů.

Bacteriophage T4 DNA polymeraseEdit

Bacteriophage (fág) T4 kóduje DNA polymerázu který katalyzuje syntézu DNA ve směru 5 ‚až 3‘. Fágová polymeráza má také aktivitu exonukleázy, která působí ve směru 3 ‚až 5‘, a tato aktivita se používá při korektuře a úpravách nově vložených bází. Bylo pozorováno, že fágový mutant s teplotně citlivou DNA polymerázou, když rostl při permisivních teplotách, podstoupil rekombinaci při frekvencích, které jsou přibližně dvakrát vyšší než frekvence fága divokého typu.

Bylo navrženo, že mutační změna ve fágové DNA polymeráze může stimulovat přepínání řetězců templátu (rekombinace volby kopírování) během replikace.