szerkezetek / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

struktúra összefoglaló

struktúrák / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

struktúra összefoglaló

struktúrák / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

struktúra összefoglaló

A szekvenciahomológia alapján a DNS-polimerázok további hét családra oszthatók: A, B, C, D, X, Y, és RT.

Néhány vírus speciális DNS-polimerázt is kódol, például a Hepatitis B vírus DNS-polimerázt. Ezek szelektíven replikálhatják a vírus DNS-ét különféle mechanizmusok révén. A retrovírusok egy szokatlan DNS-polimerázt kódolnak, az úgynevezett reverz transzkriptázt, amely egy RNS-függő DNS-polimeráz (RdDp). Az RNS templátjából polimerizálja a DNS-t.

Prokarióta polimerázEdit

A prokarióta polimerázok kétféle formában léteznek: magpolimeráz és holoenzim. A mag-polimeráz a DNS-templátból szintetizálja a DNS-t, de nem képes egyedül vagy pontosan megindítani a szintézist. A holoenzim pontosan megindítja a szintézist.

Pol IEdit

Prokarióta család Az A polimerázok közé tartozik a DNS polimeráz I (Pol I) enzim, amelyet a polA gén kódol és mindenütt megtalálható a prokarióták között. Ez a javító polimeráz mind a 3 “–5”, mind az “5” –3 “exonukleáz aktivitással és a lemaradó szál szintézise során keletkező Okazaki-fragmensek feldolgozásával részt vesz a kimetszés helyreállításában. A Pol I a legelterjedtebb polimeráz, amely az E. coli polimeráz aktivitásának 95% -át teszi ki; a Pol I hiányos sejtek azonban azt találták, hogy a Pol I aktivitás helyettesíthető a másik négy polimerázzal. A Pol I ~ 15-20 nukleotidot ad hozzá másodpercenként, ezáltal rossz a folyamatosság. Ehelyett a Pol I nukleotidokat kezd hozzáadni az RNS primer: templát-elágazásnál, amelyet replikációs origónak (ori) neveznek. A Pol III holoenzim az eredettől körülbelül 400 bp-re lejjebb található, és összeáll, és nagy folyamatsebességgel és jelleggel veszi át a replikációt.

A Taq-polimeráz ennek a családnak a hőstabil enzime, amely nem rendelkezik korrektúrával.

Pol IIEdit

A DNS-polimeráz II egy B-családba tartozó polimeráz, amelyet a polB gén kódol. A Pol II 3 “–5” exonukleáz aktivitással rendelkezik, és részt vesz a DNS helyreállításában, a replikáció újraindításában, hogy megkerülje az elváltozásokat, és sejtjeinek jelenléte sejtenként ~ 30-50 példányról ~ 200-300-ra ugorhat SOS indukció során. Úgy gondolják, hogy a Pol II egy tartalék a Pol III-hoz, mivel kölcsönhatásba léphet a holoenzim fehérjékkel és magas szintű folyamatosságot feltételezhet. Úgy gondolják, hogy a Pol II fő szerepe a polimeráz aktivitás irányításának képessége a replikációs villánál, és segített megakasztani a Pol III bypass terminális eltéréseit.

A Pfu DNS polimeráz ennek a családnak hőstabil enzime, a hipertermofil archeon Pyrococcus furiosus. A részletes osztályozás az archeákban található B családot B1, B2, B3 csoportra osztja, amelyben a B2 pszeudoenzimek csoportja. Pfu a B3 családba tartozik. Az archeákban található más polB-k a “Casposons”, Cas1-függő transzpozonok részét képezik. Néhány vírus (beleértve a ~ 29 DNS-polimerázt) és a mitokondriális plazmidok hordozzák a polB-t is. a C család polimerázaihoz. Három szerelvényből áll: a pol III magból, a béta csúszó bilincs processzivitási tényezőjéből és a bilincs-betöltő komplexből. A mag három alegységből áll: α, a polimeráz aktivitás központja, ɛ, exonukleolitikus korrektor és θ, amelyek stabilizátorként működhetnek a ɛ számára. A béta csúszó bilincs processzivitási tényező szintén két példányban van jelen, mindegyik maghoz egy-egy olyan bilincs létrehozása, amely a nagy processzivitást lehetővé tevő DNS-t magában foglalja. A harmadik szerelvény egy hét alegységes (τ2γδδ′χψ) szorítóbetöltő komplex.

A régi tankönyv „harsonamodell” egy megnyúlás komplexet ábrázol, amely két egyenértékű mag enzimet tartalmaz minden egyes replikációs villán (RF), minden szálhoz egy, a lemaradó és vezető. Az egymolekulás vizsgálatokból származó legfrissebb bizonyítékok azonban azt mutatják, hogy minden rádiófrekvencián átlagosan három sztöchiometrikus magenzim vonatkozik mind a Pol III-ra, mind pedig a B. subtilis (PolC) megfelelőjére.A sejten belüli fluoreszcens mikroszkóp kimutatta, hogy a vezető szál szintézise nem biztos, hogy teljesen folytonos, és a Pol III * -nak (azaz az α, ε, τ, δ és χ holoenzim β2 csúszó bilincs nélküli alegységeinek) nagy a disszociációja az aktív RF-k. Ezekben a vizsgálatokban a replikációs villa forgalmi sebessége körülbelül 10 másodperc volt a Pol III * esetében, 47 másodperc a ß2 csúszó bilincsnél és 15 méter a DnaB helikáz esetében. Ez arra utal, hogy a DnaB helikáz stabilan társulhat az RF-knél, és az illetékes holoenzim nukleációs pontjaként szolgálhat. In vitro egymolekulás vizsgálatok kimutatták, hogy a Pol III * -nak nagy az RF-forgalma, ha túl van, de a koncentráció korlátozása esetén stabilan kapcsolódik a replikációs villákhoz. Egy másik egymolekulás vizsgálat kimutatta, hogy a DnaB helikáz aktivitása és a szál megnyúlása független, sztochasztikus kinetikával haladhat.

Pol IVEdit

E. coliban a DNS polimeráz IV (Pol IV) hibára hajlamos DNS-polimeráz, amely részt vesz a nem célzott mutagenezisben. A Pol IV az Y család polimeráza, amelyet a dinB gén expresszál és amely a replikációs villánál elakadt polimerázok által okozott SOS indukció útján kapcsol be. Az SOS indukció során a Pol IV termelés tízszeresére növekszik, és ez idő alatt az egyik funkció a Pol III holoenzim folyamatosságának megzavarása. Ez létrehoz egy ellenőrző pontot, leállítja a replikációt, és időt hagy a DNS-elváltozások helyreállítására a megfelelő javítási útvonalon keresztül. A Pol IV másik feladata az, hogy transzlációs szintézist hajt végre az elakadt replikációs villán, például gyorsabban megkerüli az N2-deoxi-guanin adduktokat, mint a sértetlen DNS-t. A dinB-gént nélkülöző sejtekben nagyobb a mutagenezis aránya, amelyet a DNS károsító szerek okoznak.

Pol VEdit

A DNS-polimeráz V (Pol V) egy Y-család DNS-polimeráz, amely részt vesz a SOS válasz és transzlációs szintézis DNS javító mechanizmusok. A Pol V transzkripciója az umuDC gének révén erősen szabályozott, hogy csak Pol V-t termeljen, ha a sejtben SOS választ generáló sérült DNS van jelen. Az elakadt polimerázok hatására a RecA kötődik az ssDNS-hez, ami a LexA fehérje automatikus emésztését okozza. Ezután a LexA elveszíti képességét az umuDC operon transzkripciójának visszaszorítására. Ugyanaz a RecA-ssDNS nukleoprotein poszttranszlációs úton módosítja az UmuD fehérjét UmuD “fehérjévé. Az UmuD és az UmuD” heterodimert képez, amely kölcsönhatásba lép az UmuC-val, amely viszont aktiválja a umuC “s polimeráz katalitikus aktivitását a sérült DNS-en. E. coliban egy polimeráz” szerszámöv ”javasolták a pol III és a pol IV közötti átkapcsolást egy elakadt replikációs villánál, ahol mindkét polimeráz egyidejűleg kötődik a β-bilincshez. Azonban egynél több TLS-polimeráz bevonása, amelyek egymás után működnek az elváltozás megkerüléséért, még nem mutatták ki az E. coliban. Ezenkívül a Pol IV nagy hatékonysággal képes katalizálni mind az inszerciót, mind az extenziót, míg a pol V-t tekintik a fő SOS TLS-polimeráznak. Az egyik példa az intra-szál guanin-timin keresztkötés megkerülése, ahol a két polimeráz mutációs aláírásainak különbsége alapján kimutatták, hogy a pol IV és a pol V verseng a szálon belüli keresztkötés TLS-jéért. p>

Family DEdit

1998-ban a DNS-polimeráz D-családját fedezték fel a Pyrococcus furiosusban és a Methanococcus jannaschii-ban. A PolD komplex két lánc heterodimere, mindegyiket DP1 (kis korrektúra) és DP2 (nagy katalitikus) kódolja. Más DNS-polimerázokkal ellentétben a DP2 katalitikus mag szerkezete és mechanizmusa hasonlít a több alegységű RNS-polimerázokéhoz. A DP1-DP2 interfész hasonlít az eukarióta B osztályú polimeráz cinkujjhoz és annak kis alegységéhez. A DP1, egy Mre11-szerű exonukleáz, valószínűleg a Pol α és ε kis alegységének előfutára, amely az Eukariótákban elvesztett lektorálási képességeket biztosítja. N-terminális HSH doménje szerkezetében hasonló az AAA fehérjékhez, különösen a Pol III δ alegységhez és a RuvB-hez. A DP2 II. Osztályú KH doménnel rendelkezik. A Pyrococcus abyssi polD hőstabilabb és pontosabb, mint a Taq-polimeráz, de még nem került kereskedelmi forgalomba. Felvetődött, hogy a D család DNS-polimeráza fejlődött ki először a sejtes organizmusokban, és hogy az utolsó univerzális sejtes ős (LUCA) replikatív polimeráza a D családhoz tartozik.

Eukarióta DNS-polimerázEdit

β, λ, σ, μ (béta, lambda, sigma, mu) és TdTEdit polimerázok

Az X család polimerázai tartalmazzák a jól ismert eukarióta polimerázt pol β (béta), valamint más eukarióta polimerázok, például Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) és terminális dezoxinukleotidil transzferáz (TdT). Az X családba tartozó polimerázok főleg a gerincesekben találhatók, néhány pedig a növényekben és gombákban. Ezeknek a polimerázoknak erősen konzervált régiói vannak, amelyek két hélix-hajtű-hélix motívumot tartalmaznak, amelyek elengedhetetlenek a DNS-polimeráz kölcsönhatásokban. Az egyik motívum a 8 kDa tartományban található, amely kölcsönhatásba lép a downstream DNS-sel, egy motívum pedig a hüvelykujj doménben található, amely kölcsönhatásba lép a primer szálzal.A POLB gén által kódolt Pol β szükséges a rövid tapaszú bázis kivágási javításához, amely egy DNS javítási útvonal, amely nélkülözhetetlen az alkilezett vagy oxidált bázisok, valamint az abaszikus helyek helyrehozásához. A Pol λ és a Pol μ, amelyeket a POLL, illetve a POLM gének kódolnak, részt vesznek a nem homológ végcsatlakozásban, a hidrogén-peroxid és az ionizáló sugárzás miatti DNS kettős szálú törések újracsatlakozásának mechanizmusában. A TdT csak a limfoid szövetben expresszálódik, és “n nukleotidot” ad hozzá a V (D) J rekombináció során képződött kettős szálú törésekhez az immunológiai sokféleség elősegítése érdekében.

α, δ és ε (alfa, delta, és epsilon) Edit

Pol α (alfa), Pol δ (delta) és Pol ε (epsilon) a B család polimerázainak tagjai és a nukleáris DNS replikációjában részt vevő fő polimerázok. A Pol α komplex (pol α-DNS-primáz komplex) négy alegységből áll: a katalitikus POLA1 alegységből, a szabályozó POLA2 alegységből, valamint a PRIM1 és PRIM2 kicsi és nagy primáz alegységből. Miután a primáz létrehozta az RNS primert, a Pol a megkezdi a replikációt, amely megnyújtja a primert ~ 20 nukleotiddal. Magas processzivitása miatt a Pol δ átveszi a vezető és a lemaradó szálszintézist a Pol α-tól. Proliferáló sejt-nukleáris antigén (PCNA), amely egy DNS-befogó, amely lehetővé teszi, hogy a Pol 5 processzivitással rendelkezzen. A Pol e-t a POLE1, a katalitikus alegység, a POLE2 és a POLE3 gén kódolja. Beszámoltak arról, hogy a Pol ε funkciója a vezető szál meghosszabbítása a replikáció során, míg a Pol δ elsősorban a lemaradó szálat replikálja; azonban a legfrissebb bizonyítékok szerint a Pol δ szerepet játszhat a DNS vezető szálának replikálásában is. Úgy gondolják, hogy a Pol ε s C-terminális “polimeráz relikvia” régió annak ellenére, hogy a polimeráz aktivitás szempontjából felesleges, elengedhetetlen a sejtek vitalitásához. Úgy gondolják, hogy a C-terminális régió ellenőrzési pontot nyújt az anafázishoz való belépés előtt, stabilitást biztosít a holoenzimnek, és adj hozzá fehérjéket a replikáció megindításához szükséges holoenzimhez. A Pol ε nagyobb “tenyér” doménnel rendelkezik, amely a PCNA-tól függetlenül magas processzivitást biztosít.

A B család többi polimerázához képest a DEDD exonukleáz család a lektorálásért felelős inaktiválva van a Pol α-ban. A Pol ε egyedülálló, mivel két cinkujj-doménnel és egy másik B-család polimerázának inaktív másolatával rendelkezik C-terminálisában. Ennek a cinkujjnak a jelenléte kihat Eukaryota eredetére, amely ebben esetet az archeális B3 polimerázzal Asgard csoportba soroljuk.

η, ι és κ polimerázok (eta, jota és kappa) Edit

Pol η (eta), Pol ι ( iota) és Pol κ (kappa) az Y család DNS-polimerázai, amelyek részt vesznek a D-ben NA helyreállítás transzlációs szintézissel, és a POLH, POLI és POLK gének kódolják. Az Y család tagjai öt közös motívummal segítik a szubsztrát és a primer végének megkötését, és mindegyik tartalmaz tipikus jobb kéz hüvelykujj, tenyér és ujj doméneket hozzáadott doménekkel, mint a kisujj (LF), a polimeráz-asszociált domén (PAD) csukló. Az aktív hely azonban különbözik a családtagok között a különböző kijavított elváltozások miatt. Az Y családba tartozó polimerázok alacsony hűségű polimerázok, de bebizonyosodott, hogy inkább jót tesznek, mint kárt, mivel a polimerázt befolyásoló mutációk különféle betegségeket okozhatnak, például bőrrákot és Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Ezeknek a polimerázoknak a fontosságát bizonyítja az a tény, hogy a η DNS-polimerázt kódoló gént XPV-nek nevezik, mivel e gén elvesztése a Xeroderma Pigmentosum Variant betegséget eredményezi. A Pol η különösen fontos az ultraibolya sugárzásból eredő DNS-károsodások pontos transzlációs szintézisének lehetővé tételéhez. A Pol κ funkcionalitása nem teljesen érthető, de a kutatók két valószínű funkciót találtak. Úgy gondolják, hogy a Pol κ egy meghatározott bázis kiterjesztőjeként vagy behelyezőjeként működik bizonyos DNS-elváltozásoknál. Mindhárom transzléziós szintézis polimeráz, a Rev1-gyel együtt, megrekedt replikatív DNS-polimerázok révén toborozódik sérült elváltozásokra. A károsodás kijavításának két útja vezet arra a következtetésre, hogy a választott út attól függ, melyik szál tartalmazza a kárt, a vezető vagy a lemaradó szál.

Polymerases Rev1 és ζ (zeta) Edit

Pol ζ egy másik B-családba tartozó polimeráz két Rev3 alegységből, a katalitikus alegységből és a Rev7 (MAD2L2) alegységből áll, amely növeli a polimeráz katalitikus funkcióját, és részt vesz a transzlációs szintézisben. A Pol ζ hiányzik a 3 “- 5” exonukleázaktivitásból, egyedülálló abban, hogy terminális eltérésekkel képes meghosszabbítani a primereket. A Rev1 három érdeklődési körzettel rendelkezik a BRCT doménben, az ubiquitin-kötő doménben és a C-terminális doménben, és rendelkezik dCMP transzferáz képességgel, amely dezoxicitidinnel ellentétes elváltozásokat ad hozzá, amelyek elállnák a replikatív Pol δ és Pol ε polimerázokat.Ezek az elakadt polimerázok aktiválják az ubiquitin komplexeket, amelyek viszont szétválasztják a replikációs polimerázokat, és toborozzák a Pol ζ és Rev1 csoportokat. Pol ζ és Rev1 együttesen hozzáadják a dezoxicitidint, és Pol ends túlnyúlik a lézión. Egy még meg nem határozott eljárás révén a Pol ζ szétválik, a replikációs polimerázok újra asszociálnak és folytatják a replikációt. A Pol ζ és a Rev1 nem szükséges a replikációhoz, de a REV3 gén elvesztése a kezdő élesztőben fokozott érzékenységet okozhat a DNS-t károsító szerekkel szemben a replikációs villák összeomlása miatt, ahol a replikációs polimerázok elakadtak.

TelomeraseEdit

A telomeráz egy ribonukleoprotein, amely a lineáris kromoszómák végeinek replikációjára szolgál, mivel a normál DNS-polimeráz nem képes replikálni a végeket vagy a telomereket. A kettős szálú kromoszóma egyszálú 3 “-os túlnyúlása az 5” -TTAGGG-3 “szekvenciával telomerázt toboroz. A telomeráz úgy működik, mint más DNS-polimerázok, a 3” -es vég meghosszabbításával, de más DNS-polimerázokkal ellentétben a telomeráz nem egy sablont. A TERT alegység, amely egy reverz transzkriptáz példája, az RNS alegységet hozza létre a primer – templát csomópontként, amely lehetővé teszi a telomeráz számára a kromoszóma végek 3 ”végének meghosszabbítását. A telomerek méretének fokozatos csökkenése a sok replikáció eredményeként úgy gondolják, hogy az élettartam az öregedés hatásaival függ össze.: 248–249

γ, θ és ν polimerázok (gamma, theta és nu) Edit

A Pol γ (gamma), Pol θ (theta) és Pol ν (nu) az A család polimerázai. A POL γ gén által kódolt Pol γ-t sokáig úgy gondolták, hogy ez az egyetlen mitokondriális polimeráz. , legújabb kutatások azt mutatják, hogy a mitokondriumokban legalább a Pol β (béta), az X család X polimerázja is jelen van. Minden olyan mutáció, amely korlátozott vagy nem működő Pol γ-hoz vezet, jelentős hatással van az mtDNS-re, és ez az autoszomális leggyakoribb oka örökletes mitokondriális rendellenességek. A Pol γ tartalmaz egy C-terminális polimeráz domént és egy N-terminális 3 “–5” exonukleáz domént, amelyek a linker régión keresztül csatlakozik, amely megköti a kiegészítő alegységet. A kiegészítő alegység megköti a DNS-t, és szükséges a Pol γ folyamatosságához. A linker régióban található A467T pontmutáció az összes Pol γ-asszociált mitokondriális rendellenesség több mint egyharmadáért felelős. Noha a PolQ gén által kódolt Pol θ sok homológja megtalálható az eukariótákban, funkciója nem tisztázott egyértelműen. Az aminosavak szekvenciája a C-terminálban osztályozza a Pol θ-t az A család polimerázává, bár a Pol θ hibaaránya szorosabban kapcsolódik az Y család polimerázaihoz. A Pol θ kiterjeszti a nem megfelelő primer végeket, és megkerülheti az abasikus helyeket egy nukleotid hozzáadásával. Ezenkívül dezoxiribofoszfodiészteráz (dRPáz) aktivitással is rendelkezik a polimeráz doménben, és az ssDNS közvetlen közelében képes mutatni ATPáz aktivitást. A pol ν (nu) -ot tartják a legkevésbé hatékonynak a polimeráz enzimek közül. A DNS-polimeráz nu azonban aktív szerepet játszik a homológia helyreállításában a keresztkötésekre adott sejtreakciók során, a helikázzal komplexben betöltött szerepét betöltve.

A növények két A családba tartozó polimerázt használnak mind a mitokrondriális, mind a plaszidi genomok másolásához. Inkább hasonlítanak a bakteriális Pol I-hez, mint a mamallian Pol γ-hoz.

Fordított transzkriptázEdit

A retrovírusok egy szokatlan DNS-polimerázt kódolnak, az úgynevezett reverz transzkriptázt, amely egy RNS-függő DNS-polimeráz (RdDp), amely szintetizálja a DNS-t az RNS templátjából. A reverz transzkriptáz család tartalmaz mind a DNS polimeráz, mind az RNáz H funkcionalitást, amely lebontja az RNS bázissal párosított DNS-t. A retrovírus egyik példája a HIV: A reverz transzkriptázt általában az RNS amplifikálásához használják kutatási célokra. Az RNS templát használatával a PCR reverz transzkriptázt alkalmazhat, létrehozva egy DNS templátot. Ez az új DNS templát felhasználható tipikus PCR amplifikációra. Egy ilyen kísérlet termékei tehát az RNS-ből származó amplifikált PCR-termékek.

Minden HIV retrovírus részecske két RNS genomot tartalmaz, de fertőzés után minden vírus csak egy provírust generál. A fertőzés után a reverz transzkripciót sablonváltás kíséri a két genom kópia között (másolat választási rekombináció). Minden replikációs ciklusban genomonként 5–14 rekombinációs esemény fordul elő. Úgy tűnik, hogy a sablonváltásra (rekombinációra) van szükség a genom integritásának fenntartásához és a sérült genomok megmentésének javító mechanizmusaként. amely 5 ‘- 3’ irányban katalizálja a DNS-szintézist. A fágpolimeráznak van egy exonukleáz aktivitása is, amely 3 ’- 5’ irányban hat, és ezt a tevékenységet alkalmazzák az újonnan beillesztett bázisok korrektúrájában és szerkesztésében. Megfigyelték, hogy hőmérséklet-érzékeny DNS-polimerázzal rendelkező fágmutáns megengedő hőmérsékleten tenyésztve rekombinációt végezzen, körülbelül kétszer nagyobb gyakorisággal, mint a vad típusú fágé.

Felvetődött, hogy a fág DNS-polimerázban bekövetkező mutációs változás stimulálhatja a templátszál-váltást (másolási választási rekombináció) a replikáció során.