strukturer / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

strukturoversikt

strukturer / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

strukturoversikt

strukturer / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

strukturoversikt

Basert på sekvenshomologi, kan DNA-polymeraser videre inndeles i syv forskjellige familier: A, B, C, D, X, Y, og RT.

Noen virus koder også for spesielle DNA-polymeraser, slik som Hepatitt B-virus DNA-polymerase. Disse kan selektivt replikere viralt DNA gjennom en rekke mekanismer. Retrovira koder for en uvanlig DNA-polymerase kalt revers transkriptase, som er en RNA-avhengig DNA-polymerase (RdDp). Det polymeriserer DNA fra en mal av RNA.

Prokaryot polymeraseEdit

Prokaryot polymeraser eksisterer i to former: kjernepolymerase og holoenzym. Kjernepolymerase syntetiserer DNA fra DNA-malen, men den kan ikke starte syntesen alene eller nøyaktig. Holoenzyme initierer nøyaktig syntese.

Pol IEdit

Prokaryotisk familie A-polymeraser inkluderer DNA-polymerase I (Pol I) enzym, som er kodet av polA-genet og allestedsnærværende blant prokaryoter. Denne reparasjonspolymerasen er involvert i eksisjonsreparasjon med både 3 «–5» og 5 «-3» exonukleaseaktivitet og prosessering av Okazaki-fragmenter generert under forsinket strengsyntese. Pol I er den mest forekommende polymerasen, og står for > 95% av polymeraseaktiviteten i E. coli; Likevel er celler som mangler Pol I blitt funnet som antyder Pol I-aktivitet, kan erstattes av de andre fire polymerasene. Pol I tilfører ~ 15-20 nukleotider per sekund, og viser dermed dårlig prosessivitet. I stedet begynner Pol I å legge til nukleotider ved RNA-primeren: malkryss kjent som replikasjonsopprinnelsen (ori). Cirka 400 bp nedstrøms fra opprinnelsen, er Pol III-holoenzymet samlet og tar over replikasjon med en svært prosessiv hastighet og natur.

Taq polymerase er et varmestabilt enzym av denne familien som mangler korrekturlesing. / p>

Pol IIEdit

DNA-polymerase II er en familie B-polymerase kodet av polB-genet. Pol II har 3 «–5» exonukleaseaktivitet og deltar i DNA-reparasjon, replikering på nytt for å omgå lesjoner, og dens tilstedeværelse kan hoppe fra ~ 30-50 kopier per celle til ~ 200–300 under SOS-induksjon. Pol II antas også å være en sikkerhetskopi til Pol III da den kan samhandle med holoenzymproteiner og anta et høyt nivå av prosessivitet. Hovedrollen til Pol II antas å være evnen til å lede polymeraseaktivitet mot replikasjonsgaffelen og hjalp til med å stoppe Pol III-bypass-terminale feilparametrer. den hypertermofile arkeon Pyrococcus furiosus. Detaljert klassifisering deler familie B i archaea i B1, B2, B3, der B2 er en gruppe pseudoenzymer. Pfu tilhører familie B3. Andre PolB-er som er funnet i archaea er en del av «Casposons», Cas1-avhengige transposons. Noen virus (inkludert ~ 29 DNA-polymerase) og mitokondrieplasmider bærer også polB.

Pol IIIEdit

DNA-polymerase III-holoenzym er det primære enzymet som er involvert i DNA-replikasjon i E. coli og tilhører til familie C-polymeraser. Den består av tre samlinger: pol III-kjernen, beta-glideklemme-prosessivitetsfaktoren og klembelastningskomplekset. Kjernen består av tre underenheter: α, polymeraseaktivitetsnavet, ɛ, eksonukleolytisk korrekturleser og θ, som kan fungere som en stabilisator for ɛ. Beta-skyveklemme-prosessivitetsfaktoren er også til stede i duplikat, en for hver kjerne, for å lage en klemme som omslutter DNA som gir høy prosessivitet. Den tredje forsamlingen er en syv-underenhet (τ2γδδ′χψ) klemmelaster-kompleks.

Den gamle læreboka «trombonmodell» viser et forlengelseskompleks med to ekvivalenter av kjerneenzymet ved hver replikasjonsgaffel (RF), en for hver streng, den henger og leder. Imidlertid indikerer nylig bevis fra enkeltmolekylstudier et gjennomsnitt på tre støkiometriske ekvivalenter av kjerneenzym ved hver RF for både Pol III og dets motstykke i B. subtilis, PolC.Fluorescerende mikroskopi i celler har avdekket at ledende streng-syntese kanskje ikke er helt kontinuerlig, og Pol III * (dvs. holoenzymet α, ε, τ, δ og χ underenheter uten ß2 glideklemme) har en høy frekvens av dissosiasjon fra aktiv RF-er. I disse studiene var replikasjonsgaffelomsetningshastigheten ca 10s for Pol III *, 47s for ß2 glideklemme, og 15m for DnaB helicase. Dette antyder at DnaB-helikasen kan forbli stabilt assosiert ved RF og fungere som et kjernepunkt for det kompetente holoenzymet. In vitro-enkeltmolekylstudier har vist at Pol III * har høy RF-omsetning når den er i overskudd, men forblir stabilt assosiert med replikasjonsgafler når konsentrasjonen er begrensende. En annen enkeltmolekylstudie viste at DnaB-helikaseaktivitet og strengforlengelse kan fortsette med avkoblet, stokastisk kinetikk.

Pol IVEdit

I E. coli er DNA-polymerase IV (Pol IV) en feilutsatt DNA-polymerase involvert i ikke-målrettet mutagenese. Pol IV er en familie Y-polymerase uttrykt av dinB-genet som slås på via SOS-induksjon forårsaket av stallede polymeraser ved replikasjonsgaffelen. Under SOS-induksjon økes Pol IV-produksjonen ti ganger, og en av funksjonene i løpet av denne tiden er å forstyrre Pol III-holoenzymprosessiviteten. Dette skaper et kontrollpunkt, stopper replikering og gir tid til å reparere DNA-lesjoner via riktig reparasjonsvei. En annen funksjon med Pol IV er å utføre translesionsyntese ved den stallede replikasjonsgaffelen, som for eksempel å omgå N2-deoksyguaninaddukter i en raskere hastighet enn å krysse uskadet DNA. Celler som mangler dinB-gen har en høyere mutagenese forårsaket av DNA-skadelige midler.

Pol VEdit

DNA-polymerase V (Pol V) er en Y-familie DNA-polymerase som er involvert i SOS-respons og DNA-reparasjonsmekanismer for translesjonssyntese. Transkripsjon av Pol V via umuDC-genene er sterkt regulert for kun å produsere Pol V når skadet DNA er tilstede i cellen og genererer en SOS-respons. Stallede polymeraser får RecA til å binde seg til ssDNA, noe som fører til at LexA-proteinet autodigest. LexA mister da evnen til å undertrykke transkripsjonen av umuDC-operonet. Det samme RecA-ssDNA-nukleoproteinet modifiserer posttranslasjonalt UmuD-proteinet til UmuD «protein. UmuD og UmuD» danner en heterodimer som samhandler med UmuC, som igjen aktiverer umuC «s polymerasekatalytisk aktivitet på skadet DNA. I E. coli, en polymerase» verktøybelte ”-modell for å bytte pol III med pol IV ved en fast replikasjonsgaffel, der begge polymeraser binder samtidig til β-klemmen, har blitt foreslått. Imidlertid er involveringen av mer enn en TLS-polymerase som arbeider etter hverandre for å omgå en lesjon, ennå ikke vist i E. coli. Videre kan Pol IV katalysere både innsetting og utvidelse med høy effektivitet, mens pol V regnes som den viktigste SOS TLS-polymerase. Et eksempel er forbikjøring av intra-streng guanintymintverrbinding der det ble vist på grunnlag av forskjellen i mutasjonsunderskriftene til de to polymerasene, at pol IV og pol V konkurrerer om TLS av tverrbindingen mellom strenger.

Familie DEdit

I 1998 ble familien D av DNA-polymerase oppdaget i Pyrococcus furiosus og Methanococcus jannaschii. PolD-komplekset er en heterodimer av to kjeder, hver kodet av DP1 (liten korrekturlesing) og DP2 (stor katalytisk). I motsetning til andre DNA-polymeraser, ligner strukturen og mekanismen til den katalytiske DP2-kjerne den for RNA-polymeraser med flere underenheter. DP1-DP2-grensesnittet ligner på eukaryotisk klasse B-polymerase sinkfinger og dets lille underenhet. DP1, en Mre11-lignende eksonuklease, er sannsynligvis forløperen til liten underenhet av Pol α og ε, og gir korrekturlesingskapasiteter som nå er tapt i eukaryoter. Dens N-terminale HSH-domene ligner AAA-proteiner, spesielt Pol III-underenhet δ og RuvB, i struktur. DP2 har et klasse II KH-domene. Pyrococcus abyssi polD er mer varmestabil og mer nøyaktig enn Taq-polymerase, men har ennå ikke blitt kommersialisert. Det er blitt foreslått at familie D DNA-polymerase var den første som utviklet seg i cellulære organismer, og at den replikative polymerasen til Last Universal Cellular Ancestor (LUCA) tilhørte familie D.

Eukaryot DNA-polymeraseEdit

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

Familie X-polymeraser inneholder den velkjente eukaryote polymerase pol β (beta), så vel som andre eukaryote polymeraser som Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) og Terminal deoxynukleotidyltransferase (TdT). Familie X-polymeraser finnes hovedsakelig hos virveldyr, og noen få finnes i planter og sopp. Disse polymeraser har svært konserverte regioner som inkluderer to helix-hårnål-helix-motiver som er viktig i DNA-polymerase-interaksjonene. Ett motiv er lokalisert i 8 kDa-domenet som samhandler med nedstrøms DNA, og et motiv ligger i tommelfingerområdet som samhandler med primerstrengen.Pol β, kodet av POLB-genet, kreves for reparasjon av kort eksplosjonsbasert eksisjon, en DNA-reparasjonsvei som er viktig for å reparere alkylerte eller oksyderte baser samt abasiske steder. Pol λ og Pol μ, kodet av henholdsvis POLL- og POLM-genene, er involvert i ikke-homolog sluttforbindelse, en mekanisme for å gjenforene DNA-dobbeltstrengspauser på grunn av henholdsvis hydrogenperoksid og ioniserende stråling. TdT uttrykkes bare i lymfoide vev, og tilfører «n nukleotider» til dobbeltstrengsbrudd dannet under V (D) J-rekombinasjon for å fremme immunologisk mangfold.

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

Pol α (alfa), Pol δ (delta) og Pol ε (epsilon) er medlemmer av Family B Polymerases og er de viktigste polymerasene som er involvert i kjernefysisk DNA-replikering. Pol α-kompleks (pol α-DNA-primasekompleks) består av fire underenheter: den katalytiske underenheten POLA1, den regulatoriske underenheten POLA2 og henholdsvis den lille og den store primase underenheten PRIM1 og PRIM2. Når primase har opprettet RNA-primeren, starter Pol α replikering som forlenger primeren med ~ 20 nukleotider. På grunn av sin høye prosessivitet, overtar Pol δ den ledende og forsinkede strengsyntesen fra Pol α.: 218–219 Pol δ uttrykkes av gener POLD1, og skaper den katalytiske underenheten, POLD2, POLD3 og POLD4 og skaper de andre underenhetene som samhandler med Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), som er en DNA-klemme som gjør at Pol δ har prosessivitet. Pol ε er kodet av POLE1, det katalytiske underenheten, POLE2 og POLE3-genet. Det er rapportert at funksjonen til Pol ε er å utvide den ledende strengen under replikasjon, mens Pol δ primært replikerer den forsinkede strengen; imidlertid nylige bevis antydet at Pol δ også kan ha en rolle i å replikere den ledende DNA-strengen. Pol ε «s C-terminus» polymerase relic «-region, til tross for at den er unødvendig for polymeraseaktivitet, antas å være viktig for cellevitalitet. C-terminusregionen antas å gi et kontrollpunkt før den går inn i anafase, og gir stabilitet til holoenzymet, og tilsett proteiner til holoenzymet som er nødvendig for initiering av replikasjon. Pol ε har et større «palm» -domene som gir høy prosessivitet uavhengig av PCNA.

Sammenlignet med andre familie B-polymeraser, er DEDD-eksonukleasefamilien ansvarlig for korrekturlesing er inaktivert i Pol α. Pol ε er unik ved at den har to sinkfingerdomener og en inaktiv kopi av en annen familie B-polymerase i sin C-terminal. Tilstedeværelsen av denne sinkfingeren har implikasjoner i opprinnelsen til Eukaryota, som i dette saken blir plassert 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 κ (kappa), er familie Y DNA-polymeraser involvert i D NA-reparasjon ved translesionsyntese og kodet av genene POLH, POLI og POLK. Medlemmer av familie Y har fem vanlige motiver for å hjelpe til med å binde underlaget og primerenden, og de inkluderer alle de typiske høyre tommel-, håndflate- og fingerdomener med tilleggsdomener som lillefinger (LF), polymerase-assosiert domene (PAD), eller håndledd. Det aktive nettstedet er imidlertid forskjellig mellom familiemedlemmer på grunn av at de forskjellige lesjonene blir reparert. Polymeraser i familie Y er lavfidelitetspolymeraser, men har vist seg å gjøre mer bra enn skade, da mutasjoner som påvirker polymerasen kan forårsake forskjellige sykdommer, som hudkreft og Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Betydningen av disse polymerasene fremgår av det faktum at gen som koder for DNA-polymerase η blir referert til som XPV, fordi tap av dette genet resulterer i sykdommen Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η er spesielt viktig for å tillate nøyaktig translesionsyntese av DNA-skade som skyldes ultrafiolett stråling. Funksjonaliteten til Pol κ er ikke helt forstått, men forskere har funnet to sannsynlige funksjoner. Pol κ antas å fungere som en utvidelse eller en innføring av en spesifikk base ved visse DNA-lesjoner. Alle de tre translasjonssyntesepolymeraser, sammen med Rev1, rekrutteres til skadede lesjoner via stallede replikative DNA-polymeraser. Det er to veier for skadereparasjon som fører forskere til å konkludere med at den valgte veien avhenger av hvilken streng som inneholder skaden, den ledende eller hengende strengen.

Polymeraser Rev1 og ζ (zeta) Rediger

Pol ζ en annen B-familiepolymerase, er laget av to underenheter Rev3, den katalytiske underenheten, og Rev7 (MAD2L2), som øker den katalytiske funksjonen til polymerasen, og er involvert i translesjonsyntese. Pol ζ mangler 3 «til 5» exonukleaseaktivitet, er unik ved at den kan utvide primere med terminale uoverensstemmelser. Rev1 har tre regioner av interesse i BRCT-domenet, ubiquitin-bindende domene og C-terminaldomene og har dCMP-transferaseevne, noe som tilfører deoksyscytidin motsatte lesjoner som vil stoppe replikative polymeraser Pol δ og Pol ε.Disse stallede polymerasene aktiverer ubiquitin-komplekser som igjen adskiller replikasjonspolymeraser og rekrutterer Pol ζ og Rev1. Sammen tilsetter Pol ζ og Rev1 deoksycytidin og Pol ζ strekker seg forbi lesjonen. Gjennom en likevel ubestemt prosess, adskiller Polζ seg, og replikasjonspolymeraser knytter seg til og fortsetter replikasjonen. Pol ζ og Rev1 er ikke nødvendig for replikering, men tap av REV3-gen i spirende gjær kan forårsake økt følsomhet for DNA-skadelige midler på grunn av kollaps av replikasjonsgafler der replikasjonspolymeraser har stoppet opp.

TelomeraseEdit

Telomerase er et ribonukleoprotein som fungerer til å replikere ender av lineære kromosomer, siden normal DNA-polymerase ikke kan replikere endene eller telomerer. Enkeltstrenget 3 «overheng av dobbeltstrengskromosomet med sekvensen 5» -TTAGGG-3 «rekrutterer telomerase. Telomerase fungerer som andre DNA-polymeraser ved å utvide 3» -enden, men i motsetning til andre DNA-polymeraser, krever ikke telomerase en mal. TERT-underenheten, et eksempel på en omvendt transkriptase, bruker RNA-underenheten til å danne primer-mal-krysset som gjør at telomerase kan utvide 3 «enden av kromosomendene. Den gradvise nedgangen i størrelse på telomerer som et resultat av mange replikasjoner over en levetid antas å være assosiert med effekten av 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 av POLG-genet, ble lenge antatt å være den eneste mitokondrielle polymerasen. , viser fersk forskning at minst Pol β (beta), en Family X-polymerase, også er tilstede i mitokondrier. Enhver mutasjon som fører til begrenset eller ikke-fungerende Pol γ har en signifikant effekt på mtDNA og er den vanligste årsaken til autosomal arvelige mitokondrieforstyrrelser. Pol γ inneholder et C-terminus polymerasedomene og et N-terminus 3 «–5» exonukleasedomene som er koblet via lenkeregionen, som binder tilbehørsenheten. Tilbehørsunderenheten binder DNA og er nødvendig for prosessiviteten til Pol γ. Punktmutasjon A467T i linkerregionen er ansvarlig for mer enn en tredjedel av alle Pol γ-assosierte mitokondrieforstyrrelser. Mens mange homologer av Pol θ, kodet av POLQ-genet, finnes i eukaryoter, forstås ikke dens funksjon tydelig. Sekvensen av aminosyrer i C-terminalen er det som klassifiserer Pol θ som familie A-polymerase, selv om feilraten for Pol θ er nærmere knyttet til familie Y-polymeraser. Pol θ utvider uoverensstemmende primerterminer og kan omgå abasiske steder ved å tilsette et nukleotid. Den har også Deoxyribophosphodiesterase (dRPase) aktivitet i polymerase-domenet og kan vise ATPase-aktivitet i nærheten av ssDNA. Pol v (nu) anses å være den minst effektive av polymeraseenzymer. Imidlertid spiller DNA-polymerase nu en aktiv rolle i homologireparasjon under cellulære responser på tverrbindinger, og oppfyller sin rolle i et kompleks med helicase.

Planter bruker to familie A-polymeraser for å kopiere både mitokrondrielle og plastide genomene. De ligner mer på bakteriell Pol I enn de er på mamallian Pol γ.

Revers transcriptaseEdit

Retrovirus koder for en uvanlig DNA-polymerase kalt revers transkriptase, som er en RNA-avhengig DNA-polymerase (RdDp) som syntetiserer DNA fra en mal av RNA. Den omvendte transkriptasefamilien inneholder både DNA-polymerasefunksjonalitet og RNase H-funksjonalitet, som nedbryter RNA-baseparret til DNA. Et eksempel på et retrovirus er HIV .: Omvendt transkriptase brukes ofte til amplifisering av RNA for forskningsformål. Ved hjelp av en RNA-mal kan PCR bruke omvendt transkriptase, og skape en DNA-mal. Denne nye DNA-malen kan deretter brukes til typisk PCR-amplifikasjon. Produktene fra et slikt eksperiment er således amplifiserte PCR-produkter fra RNA.

Hver HIV-retroviruspartikkel inneholder to RNA-genomer, men etter en infeksjon genererer hvert virus bare ett provirus. Etter infeksjon er omvendt transkripsjon ledsaget av malbytte mellom de to genomkopiene (rekombinasjon av kopivalg). Fra 5 til 14 rekombinasjonshendelser per genom forekommer ved hver replikasjonssyklus. Malbytte (rekombinasjon) ser ut til å være nødvendig for å opprettholde genomintegritet og som en reparasjonsmekanisme for å redde skadede genomer.

Bakteriofag T4 DNA polymeraseEdit

Bakteriofag (fag) T4 koder for en DNA-polymerase som katalyserer DNA-syntese i en 5 ’til 3′ retning. Fagpolymerasen har også en eksonukleaseaktivitet som virker i en 3 ’til 5′ retning, og denne aktiviteten brukes i korrekturlesing og redigering av nylig innsatte baser. En fagmutant med en temperaturfølsom DNA-polymerase, når den ble dyrket ved tillatte temperaturer, ble observert å gjennomgå rekombinasjon med frekvenser som er omtrent dobbelt så høye som for villtype-fag.

Det ble foreslått at en mutasjonsendring i fag-DNA-polymerase kan stimulere malstrengskifting (kopivalgsrekombinasjon) under replikasjon.