strukturer / ECOD

RCSB FBF; PDBe; PDBj

strukturoversigt

strukturer / ECOD

RCSB FBF; PDBe; PDBj

strukturoversigt

strukturer / ECOD

FBF

RCSB FBF; PDBe; PDBj

strukturoversigt

Baseret på sekvenshomologi kan DNA-polymeraser yderligere opdeles i syv forskellige familier: A, B, C, D, X, Y, og RT.

Nogle vira koder også for specielle DNA-polymeraser, såsom Hepatitis B-virus-DNA-polymerase. Disse kan selektivt replikere viralt DNA gennem en række mekanismer. Retrovira koder for en usædvanlig DNA-polymerase kaldet revers transkriptase, som er en RNA-afhængig DNA-polymerase (RdDp). Det polymeriserer DNA fra en skabelon af RNA.

Prokaryot polymeraseEdit

Prokaryot polymeraser findes i to former: kernepolymerase og holoenzym. Kernepolymerase syntetiserer DNA fra DNA-skabelonen, men den kan ikke starte syntesen alene eller nøjagtigt. Holoenzyme initierer nøjagtigt syntese.

Pol IEdit

Prokaryot familie A-polymeraser inkluderer DNA-polymerase I (Pol I) enzym, som er kodet af polA-genet og allestedsnærværende blandt prokaryoter. Denne reparationspolymerase er involveret i excisionsreparation med både 3 “-5” og 5 “-3” exonukleaseaktivitet og bearbejdning af Okazaki-fragmenter, der er genereret under synkronisering af strengstreng. Pol I er den mest forekommende polymerase, der tegner sig for > 95% af polymeraseaktivitet i E. coli; alligevel er celler, der mangler Pol I, blevet fundet, hvilket antyder Pol I-aktivitet, kan erstattes af de andre fire polymeraser. Pol I tilføjer ~ 15-20 nukleotider pr. Sekund, hvilket viser dårlig processivitet. I stedet begynder Pol I at tilføje nukleotider ved RNA-primeren: skabelonforbindelse kendt som replikationsoriginet (ori). Cirka 400 bp nedstrøms fra oprindelsen er Pol III-holoenzymet samlet og overtager replikation med en meget processiv hastighed og natur.

Taq-polymerase er et varmestabilt enzym af denne familie, der mangler korrekturlæsningsevne.

Pol IIEdit

DNA-polymerase II er en familie B-polymerase kodet af polB-genet. Pol II har 3 “-5” exonukleaseaktivitet og deltager i DNA-reparation, replikationsgenstart for at omgå læsioner, og dets celletilstedeværelse kan hoppe fra ~ 30-50 kopier pr. Celle til ~ 200-300 under SOS-induktion. Pol II menes også at være en backup til Pol III, da den kan interagere med holoenzymproteiner og antage et højt niveau af processivitet. Pol IIs hovedrolle antages at være evnen til at dirigere polymeraseaktivitet ved replikationsgaffelen og hjalp med at stoppe Pol III-bypass-terminale uoverensstemmelser.

Pfu DNA-polymerase er et varmestabilt enzym af denne familie, der findes i den hypertermofile arkæon Pyrococcus furiosus. Detaljeret klassificering opdeler familie B i arkæer i B1, B2, B3, hvor B2 er en gruppe af pseudoenzymer. Pfu tilhører familie B3. Andre polB’er, der findes i arkæer, er en del af “Casposons”, Cas1-afhængige transposoner. Nogle vira (inklusive ~ 29 DNA-polymerase) og mitokondrieplasmider bærer også polB.

Pol IIIEdit

DNA-polymerase III-holoenzym er det primære enzym, der er involveret i DNA-replikation i E. coli og hører hjemme til familie C-polymeraser. Den består af tre samlinger: pol III-kernen, beta-glidebåndets processivitetsfaktor og klemmeindlæsningskomplekset. Kernen består af tre underenheder: α, polymeraseaktivitetsnavet, ɛ, exonukleolytisk korrekturlæser og θ, som kan fungere som en stabilisator for ɛ. Beta-glidende klemmeprocessivitetsfaktor er også til stede i duplikat, en for hver kerne, for at skabe en klemme, der omslutter DNA, hvilket muliggør høj processivitet. Den tredje samling er en syv-underenhed (τ2γδδ′χψ) klemme-loader-kompleks.

Den gamle lærebog “trombonmodel” skildrer et forlængelseskompleks med to ækvivalenter af kerneenzymet ved hver replikationsgaffel (RF), en for hver streng, den forsinkede og førende. Imidlertid viser nylige beviser fra enkeltmolekyleundersøgelser et gennemsnit på tre støkiometriske ækvivalenter af kerneenzym ved hver RF for både Pol III og dets modstykke i B. subtilis, PolC.Fluorescerende mikroskopi i celler har afsløret, at syntese af ledende streng muligvis ikke er fuldstændig kontinuerlig, og Pol III * (dvs. holoenzymet α, ε, τ, δ og χ underenheder uden ß2 glideklemmen) har en høj frekvens af dissociation fra aktiv RF’er. I disse undersøgelser var replikationsgaffelomsætningshastigheden ca. 10s for Pol III *, 47s for ß2 glideklemmen og 15m for DnaB helicase. Dette antyder, at DnaB-helikasen kan forblive stabilt associeret ved RF’er og tjene som et kernepunkt for det kompetente holoenzym. In vitro-enkeltmolekyleundersøgelser har vist, at Pol III * har en høj RF-omsætningshastighed, når den er i overskud, men forbliver stabilt forbundet med replikationsgafler, når koncentrationen er begrænsende. En anden enkeltmolekylundersøgelse viste, at DnaB helicase-aktivitet og strengforlængelse kan fortsætte med afkoblet, stokastisk kinetik.

Pol IVEdit

I E. coli er DNA-polymerase IV (Pol IV) en fejludsat DNA-polymerase involveret i ikke-målrettet mutagenese. Pol IV er en familie Y-polymerase udtrykt af dinB-genet, der er tændt via SOS-induktion forårsaget af stallede polymeraser ved replikationsgaffelen. Under SOS-induktion øges Pol IV-produktionen tidoblet, og en af funktionerne i løbet af denne tid er at interferere med Pol III-holoenzymprocessiviteten. Dette skaber et kontrolpunkt, stopper replikationen og giver tid til at reparere DNA-læsioner via den passende reparationsvej. En anden funktion af Pol IV er at udføre translesionssyntese ved den stoppede replikationsgaffel som f.eks. At omgå N2-deoxyguanin-addukter i en hurtigere hastighed end at krydse ubeskadiget DNA. Celler, der mangler dinB-gen, har en højere mutagenesehastighed forårsaget af DNA-skadelige stoffer.

Pol VEdit

DNA-polymerase V (Pol V) er en Y-familie DNA-polymerase, der er involveret i SOS-respons og translesionssyntese DNA-reparationsmekanismer. Transkription af Pol V via umuDC-generne er stærkt reguleret til kun at producere Pol V, når beskadiget DNA er til stede i cellen, der genererer et SOS-respons. Stallede polymeraser får RecA til at binde sig til ssDNA, hvilket får LexA-proteinet til at autodestere. LexA mister derefter sin evne til at undertrykke transkriptionen af umuDC-operonen. Det samme RecA-ssDNA-nukleoprotein modificerer posttranslationelt UmuD-proteinet til UmuD “-protein. UmuD og UmuD” danner en heterodimer, der interagerer med UmuC, hvilket igen aktiverer umuC “s polymerasekatalytisk aktivitet på beskadiget DNA. I E. coli, en polymerase” værktøjsbælte ”-model til at skifte pol III med pol IV ved en fast replikationsgaffel, hvor begge polymeraser binder samtidigt til β-klemmen, er blevet foreslået. Imidlertid er involvering af mere end en TLS-polymerase, der arbejder efter hinanden for at omgå en læsion, endnu ikke vist i E. coli. Desuden kan Pol IV katalysere både indsættelse og forlængelse med høj effektivitet, mens pol V betragtes som den største SOS TLS-polymerase. Et eksempel er omgåelsen af intra-streng guanin-thymintværbinding, hvor det blev vist på basis af forskellen i mutationsunderskrifterne for de to polymeraser, at pol IV og pol V konkurrerer om TLS for intra-streng tværbinding. p>

Familie DEdit

I 1998 blev familien D af DNA-polymerase opdaget i Pyrococcus furiosus og Methanococcus jannaschii. PolD-komplekset er en heterodimer af to kæder, hver kodet af DP1 (lille korrekturlæsning) og DP2 (stor katalytisk). I modsætning til andre DNA-polymeraser ligner strukturen og mekanismen for den katalytiske DP2-kerne strukturen for RNA-polymeraser med flere underenheder. DP1-DP2-grænsefladen ligner den for eukaryotisk klasse B-polymerase-zinkfinger og dens lille underenhed. DP1, en Mre11-lignende exonuklease, er sandsynligvis forløberen for lille underenhed af Pol α og ε, hvilket giver korrekturlæsningsfunktioner, der nu er tabt i Eukaryoter. Dets N-terminale HSH-domæne svarer til AAA-proteiner, især Pol III-underenhed δ og RuvB, i struktur. DP2 har et klasse II KH-domæne. Pyrococcus abyssi polD er mere varmestabil og mere nøjagtig end Taq-polymerase, men er endnu ikke kommercialiseret. Det er blevet foreslået, at familie D-DNA-polymerase var den første, der udviklede sig i cellulære organismer, og at den replikative polymerase af den sidste universelle cellulære forfader (LUCA) tilhørte familie D.

Eukaryot DNA-polymeraseEdit

Polymeraser β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) og TdTEdit

Familie X-polymeraser indeholder den velkendte eukaryote polymerase pol β (beta) såvel som andre eukaryote polymeraser, såsom Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) og Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT). Familie X-polymeraser findes hovedsageligt hos hvirveldyr, og nogle få findes i planter og svampe. Disse polymeraser har stærkt konserverede regioner, der inkluderer to helix-hårnål-helix-motiver, der er bydende nødvendige i DNA-polymerase-interaktionerne. Et motiv er placeret i 8 kDa-domænet, der interagerer med nedstrøms DNA, og et motiv er placeret i tommelfingerdomænet, der interagerer med primerstrengen.Pol β, kodet af POLB-gen, er påkrævet til kort-patch base-excision reparation, en DNA-reparationsvej, der er essentiel til reparation af alkylerede eller oxiderede baser såvel som abasiske steder. Pol λ og Pol μ, kodet af henholdsvis POLL- og POLM-generne, er involveret i ikke-homolog endeforbindelse, en mekanisme til at genforene DNA-dobbeltstrengsbrud på grund af henholdsvis hydrogenperoxid og ioniserende stråling. TdT udtrykkes kun i lymfoidt væv og tilføjer “n nukleotider” til dobbeltstrengsbrud dannet under V (D) J-rekombination for at fremme immunologisk mangfoldighed.

Polymeraser α, δ og ε (alfa, delta, og epsilon) Rediger

Pol α (alfa), Pol δ (delta) og Pol ε (epsilon) er medlemmer af Family B Polymeraser og er de vigtigste polymeraser involveret i nuklear DNA-replikation. Pol α-kompleks (pol α-DNA-primase-kompleks) består af fire underenheder: den katalytiske underenhed POLA1, den regulatoriske underenhed POLA2 og henholdsvis den lille og den store primase underenhed PRIM1 og PRIM2. Når primase har skabt RNA-primeren, starter Pol α replikering, der forlænger primeren med ~ 20 nukleotider. På grund af sin høje processivitet overtager Pol δ den førende og forsinkede strengsyntese fra Pol α.: 218–219 Pol δ udtrykkes af generne POLD1, hvilket skaber den katalytiske underenhed, POLD2, POLD3 og POLD4 og skaber de andre underenheder, der interagerer med Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), som er en DNA-klemme, der gør det muligt for Pol δ at have processivitet. Pol ε er kodet af POLE1, den katalytiske underenhed, POLE2 og POLE3 genet. Det er blevet rapporteret, at funktionen af Pol ε er at udvide den forreste streng under replikation, medens Pol δ primært replikerer den forsinkede streng; nyere beviser antydede imidlertid, at Pol δ også kunne have en rolle i replikering af den førende streng af DNA. Pol ε “s C-terminus” polymerase relikvie “-region, trods at det er unødvendig for polymeraseaktivitet, menes at være essentiel for cellevitalitet. C-terminusregionen menes at tilvejebringe et kontrolpunkt, inden den går ind i anafase, tilvejebringe stabilitet til holoenzymet, og tilføje proteiner til holoenzymet, der er nødvendigt for initiering af replikation. Pol ε har et større “palme” domæne, der tilvejebringer høj processivitet uafhængigt af PCNA.

Sammenlignet med andre familie B-polymeraser er DEDD-exonukleasefamilien ansvarlig for korrekturlæsning er inaktiveret i Pol α. Pol ε er unik, fordi den har to zinkfinger domæner og en inaktiv kopi af en anden familie B-polymerase i dens C-terminal. Tilstedeværelsen af denne zinkfinger har implikationer i oprindelsen af Eukaryota, som i dette sag placeres i Asgard-gruppen med archaeal B3-polymerase.

Polymeraser η, ι og κ (eta, iota og kappa) Rediger

Pol η (eta), Pol ι ( iota) og Pol K (kappa) er familie Y DNA-polymeraser involveret i D NA-reparation ved translesionsyntese og kodet af henholdsvis generne POLH, POLI og POLK. Medlemmer af familie Y har fem almindelige motiver til at hjælpe med at binde substrat- og primerenden, og de inkluderer alle de typiske højre tommelfinger-, håndflade- og fingerdomæner med tilføjede domæner som lillefinger (LF), polymerase-associeret domæne (PAD) eller håndled. Det aktive sted adskiller sig imidlertid mellem familiemedlemmer på grund af de forskellige læsioner, der repareres. Polymeraser i familie Y er lavfidelitetspolymeraser, men det har vist sig, at de gør mere godt end skade, da mutationer, der påvirker polymerasen, kan forårsage forskellige sygdomme, såsom hudkræft og Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Vigtigheden af disse polymeraser fremgår af det faktum, at gen, der koder for DNA-polymerase η, kaldes XPV, fordi tab af dette gen resulterer i sygdommen Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η er særlig vigtig for at tillade nøjagtig syntese af translesion af DNA-skader som følge af ultraviolet stråling. Funktionen af Pol κ forstås ikke helt, men forskere har fundet to sandsynlige funktioner. Pol κ menes at fungere som en extender eller en inserter af en bestemt base ved visse DNA-læsioner. Alle tre translesionssyntesepolymeraser sammen med Rev1 rekrutteres til beskadigede læsioner via stallede replikative DNA-polymeraser. Der er to veje for skadereparation, der fører forskere til at konkludere, at den valgte vej afhænger af, hvilken streng der indeholder skaden, den forreste eller efterslæbende streng.

Polymeraser Rev1 og ζ (zeta) Rediger

Pol ζ en anden B-familie-polymerase er lavet af to underenheder Rev3, den katalytiske underenhed, og Rev7 (MAD2L2), hvilket øger den katalytiske funktion af polymerasen og er involveret i translesionssyntese. Pol ζ mangler 3 “til 5” exonukleaseaktivitet, er unik, idet den kan udvide primere med terminale mismatches. Rev1 har tre regioner af interesse i BRCT-domænet, ubiquitin-bindende domæne og C-terminalt domæne og har dCMP-transferaseevne, hvilket tilføjer deoxycytidin-modsatte læsioner, der vil stoppe replikative polymeraser Pol δ og Pol ε.Disse stoppede polymeraser aktiverer ubiquitinkomplekser, der igen adskiller replikationspolymeraser og rekrutterer Pol ζ og Rev1. Sammen tilsættes Pol ζ og Rev1 deoxycytidin, og Pol ζ strækker sig forbi læsionen. Gennem en endnu ubestemt proces adskiller Pol and, og replikationspolymeraser genassocieres og fortsætter replikationen. Pol ζ og Rev1 er ikke påkrævet til replikation, men tab af REV3-gen i spirende gær kan forårsage øget følsomhed over for DNA-skadelige midler på grund af sammenbrud af replikationsgafler, hvor replikationspolymeraser er gået i stå.

TelomeraseEdit

Telomerase er et ribonukleoprotein, der fungerer til at replikere ender af lineære kromosomer, da normal DNA-polymerase ikke kan replikere enderne eller telomerer. Enkeltstrenget 3 “overhæng af dobbeltstrengskromosomet med sekvensen 5” -TTAGGG-3 “rekrutterer telomerase. Telomerase fungerer som andre DNA-polymeraser ved at udvide 3” -enden, men i modsætning til andre DNA-polymeraser kræver telomerase ikke en skabelon. TERT-underenheden, et eksempel på en omvendt transkriptase, bruger RNA-underenheden til at danne primer-template-krydset, der gør det muligt for telomerase at forlænge 3 “-enden af kromosomenderne. Det gradvise fald i størrelse på telomerer som resultat af mange replikationer over en levetid antages at være forbundet med virkningerne af aldring.: 248-249

Polymeraser γ, θ og ν (gamma, theta og nu) Rediger

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) og Pol ν (nu) er familie A-polymeraser. Pol γ, kodet af POLG-genet, blev længe antaget at være den eneste mitokondrie-polymerase. , viser nyere forskning, at mindst Pol β (beta), en Family X-polymerase, også er til stede i mitokondrier. Enhver mutation, der fører til begrænset eller ikke-fungerende Pol γ, har en signifikant virkning på mtDNA og er den mest almindelige årsag til autosomal arvelige mitokondrieforstyrrelser. Pol y indeholder et C-terminus polymerase domæne og et N-terminus 3 “-5” exonuklease domæne, der er forbundet via linkerområdet, som binder tilbehørsenheden. Tilbehørsunderenheden binder DNA og er påkrævet for processivitet af Pol y. Punktmutation A467T i linkerregionen er ansvarlig for mere end en tredjedel af alle Pol-y-associerede mitokondrieforstyrrelser. Mens mange homologer af Pol θ, kodet af POLQ-genet, findes i eukaryoter, forstås dets funktion ikke klart. Sekvensen af aminosyrer i C-terminalen er, hvad der klassificerer Pol θ som familie A-polymerase, skønt fejlhastigheden for Pol θ er tættere relateret til familie Y-polymeraser. Pol θ udvider uoverensstemmende primerterminer og kan omgå abasiske steder ved at tilføje et nukleotid. Det har også Deoxyribophosphodiesterase (dRPase) -aktivitet i polymerasedomænet og kan vise ATPase-aktivitet i nærheden af ssDNA. Pol v (nu) anses for at være den mindst effektive af polymeraseenzymerne. DNA-polymerase nu spiller imidlertid en aktiv rolle i homologireparation under cellulære reaktioner på tværbindinger og udfylder sin rolle i et kompleks med helicase.

Planter bruger to familie A-polymeraser til at kopiere både mitokrondrie- og plastidgenomet. De ligner mere bakteriel Pol I end de er med mamallian Pol γ.

Revers transcriptaseEdit

Retrovirus koder for en usædvanlig DNA-polymerase kaldet reverse transcriptase, som er en RNA-afhængig DNA-polymerase (RdDp), der syntetiserer DNA fra en skabelon af RNA. Den omvendte transkriptasefamilie indeholder både DNA-polymerasefunktionalitet og RNase H-funktionalitet, som nedbryder RNA-baseparret til DNA. Et eksempel på et retrovirus er HIV .: Omvendt transkriptase anvendes almindeligvis til amplifikation af RNA til forskningsformål. Ved hjælp af en RNA-skabelon kan PCR anvende omvendt transkriptase, hvilket skaber en DNA-skabelon. Denne nye DNA-skabelon kan derefter bruges til typisk PCR-amplifikation. Produkterne fra et sådant eksperiment amplificeres således PCR-produkter fra RNA.

Hver HIV-retroviruspartikel indeholder to RNA-genomer, men efter en infektion genererer hver virus kun et provirus. Efter infektion ledsages omvendt transkription af skabelonskift mellem de to genomkopier (rekombination af kopivalg). Fra 5 til 14 rekombinationsbegivenheder pr. Genom forekommer ved hver replikationscyklus. Skabelonomskiftning (rekombination) synes at være nødvendig for at opretholde genomintegritet og som en reparationsmekanisme til bjærgning af beskadigede genomer.

Bakteriofag T4 DNA-polymeraseEdit

Bakteriofag (fag) T4 koder for en DNA-polymerase der katalyserer DNA-syntese i en 5 ’til 3′ retning. Fagpolymerasen har også en exonukleaseaktivitet, der virker i en 3 ’til 5′ retning, og denne aktivitet anvendes til korrekturlæsning og redigering af nyindsatte baser. En fagmutant med en temperaturfølsom DNA-polymerase blev observeret, når den blev dyrket ved tilladelige temperaturer, undergå rekombination ved frekvenser, der er cirka to gange højere end for vildtype-fag.

Det blev foreslået, at en mutationsændring i fag-DNA-polymerase kan stimulere skift af skabelonstreng (kopivalgsrekombination) under replikation.