structures / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

rezumat structură

structures / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

rezumat structură

structures / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

rezumat structură

Pe baza omologiei secvenței, ADN polimerazele pot fi subdivizate în continuare în șapte familii diferite: A, B, C, D, X, Y, și RT.

Unii viruși codifică, de asemenea, ADN polimeraze speciale, cum ar fi ADN polimeraza virusului hepatitei B. Acestea pot reproduce selectiv ADN-ul viral printr-o varietate de mecanisme. Retrovirusurile codifică o ADN polimerază neobișnuită numită revers transcriptază, care este o ADN polimerază dependentă de ARN (RdDp). Acesta polimerizează ADN-ul dintr-un șablon de ARN.

Polimeraza procariotăEdit

Polimerazele procariotice există în două forme: polimeraza de bază și holoenzima. Core polimeraza sintetizează ADN din șablonul ADN, dar nu poate iniția sinteza singură sau cu precizie. Holoenzima inițiază cu precizie sinteza.

Pol IEdit

Familia procariotă A polimeraze include enzima ADN polimerază I (Pol I), care este codificată de gena polA și omniprezentă printre procariote. Această polimerază de reparare este implicată în repararea exciziei atât cu activitate de exonuclează de 3 „–5”, cât și cu 5 „–3”, precum și procesarea fragmentelor Okazaki generate în timpul sintezei de catenă întârziată. Pol I este cea mai abundentă polimerază, reprezentând > 95% din activitatea polimerazei din E. coli; totuși, celulele lipsite de Pol au fost găsite sugerând că activitatea Pol I poate fi înlocuită cu celelalte patru polimeraze. Pol I adaugă ~ 15-20 nucleotide pe secundă, demonstrând astfel o procesare slabă. În schimb, Pol I începe să adauge nucleotide la primerul ARN: joncțiune șablon cunoscută sub numele de originea replicării (ori). Aproximativ 400 bp în aval de origine, holoenzima Pol III este asamblată și preia replicarea cu o viteză și o natură extrem de procesive.

Polimeraza Taq este o enzimă stabilă la căldură din această familie, care nu are capacitatea de corectare.

Pol IIEdit

ADN polimeraza II este o polimerază de familie B codificată de gena polB. Pol II are activitate de exonuclează de 3 „-5” și participă la repararea ADN-ului, replicarea reîncepe pentru a ocoli leziunile, iar prezența sa celulară poate sări de la ~ 30-50 copii per celulă la ~ 200-300 în timpul inducției SOS. Pol II este, de asemenea, considerat a fi o rezervă pentru Pol III, deoarece poate interacționa cu proteinele holoenzimei și poate avea un nivel ridicat de procesivitate. Rolul principal al Pol II este considerat a fi abilitatea de a direcționa activitatea polimerazei către furca de replicare și a ajutat la stagnarea neconcordanțelor terminale de bypass Pol III. arheonul hipertermofil Pyrococcus furiosus. Clasificarea detaliată împarte familia B din archaea în B1, B2, B3, în care B2 este un grup de pseudoenzime. Pfu aparține familiei B3. Alții PolB-uri găsite în archaea fac parte din „Casposons”, transposoni dependenți de Cas1. Unele virusuri (inclusiv ADN polimeraza Φ29) și plasmidele mitocondriale poartă și polB.

Pol IIIEdit

Holoenzima ADN polimeraza III este enzima primară implicată în replicarea ADN în E. coli și la familia C polimeraze. Se compune din trei ansambluri: nucleul pol III, factorul de procesivitate al clemei glisante beta și complexul de încărcare a clemei. Nucleul este format din trei subunități: α, centrul activității polimerazei, ɛ, corector exonucleolitic și θ, care poate acționa ca stabilizator pentru ɛ. Factorul de procesivitate al clemei de alunecare beta este, de asemenea, prezent în duplicat, unul pentru fiecare miez, pentru a crea o clemă care conține ADN, permițând o procesivitate ridicată. Al treilea ansamblu este un complex de încărcare cu cleme de șapte subunități (τ2γδδ′χψ).

Vechiul manual „model de trombon” descrie un complex de alungire cu doi echivalenți ai enzimei de bază la fiecare furcă de replicare (RF), una pentru fiecare fir, întârziată și conducătoare. Cu toate acestea, dovezile recente din studii cu o singură moleculă indică o medie de trei echivalenți stoichiometrici ai enzimei de bază la fiecare RF atât pentru Pol III, cât și pentru omologul său din B. subtilis, PolC.Microscopia fluorescentă în celule a dezvăluit că sinteza de catenă principală poate să nu fie complet continuă, iar Pol III * (adică subunitățile holoenzimei α, ε, τ, δ și χ fără clema glisantă ß2) are o frecvență ridicată de disociere de la activ RF. În aceste studii, rata de rotație a furcii de replicare a fost de aproximativ 10s pentru Pol III *, 47s pentru clema glisantă ß2 și 15m pentru helicaza DnaB. Acest lucru sugerează că helicaza DnaB poate rămâne asociată stabil la RF și poate servi ca punct de nucleație pentru holoenzima competentă. Studiile in vitro cu o singură moleculă au arătat că Pol III * are o rată mare de rotație a RF atunci când este în exces, dar rămâne asociat în mod stabil cu furcile de replicare atunci când concentrația este limitată. Un alt studiu cu o singură moleculă a arătat că activitatea helicazei DnaB și alungirea catenelor pot continua cu o cinetică decuplată, stocastică.

Pol IVEdit

În E. coli, ADN polimeraza IV (Pol IV) este o ADN polimerază predispusă la erori implicată în mutageneza nețintită. Pol IV este o polimerază de familie Y exprimată de gena dinB care este pornită prin inducția SOS cauzată de polimerazele blocate la furca de replicare. În timpul inducției SOS, producția Pol IV este crescută de zece ori și una dintre funcțiile în acest timp este de a interfera cu procesivitatea holoenzimelor Pol III. Acest lucru creează un punct de control, oprește replicarea și permite timp pentru repararea leziunilor ADN prin calea de reparații adecvată. O altă funcție a Pol IV este de a efectua sinteza transleției la furculița de replicare blocată, cum ar fi, de exemplu, ocolirea aductilor de N2-deoxiguanină la o viteză mai mare decât ADN-ul nedeteriorat transversal. Celulele lipsite de gena dinB au o rată mai mare de mutageneză cauzată de agenți care dăunează ADN-ului.

Pol VEdit

ADN polimeraza V (Pol V) este o ADN polimerază din familia Y care este implicată în Răspunsul SOS și sinteza transleției mecanisme de reparare a ADN-ului. Transcrierea Pol V prin intermediul genelor umuDC este foarte reglementată pentru a produce numai Pol V atunci când ADN-ul deteriorat este prezent în celulă generând un răspuns SOS. Polimerazele blocate fac ca RecA să se lege de SSDNA, ceea ce face ca proteina LexA să se autodigereze. LexA își pierde apoi capacitatea de a reprima transcrierea operonului umuDC. Aceeași nucleoproteină RecA-ssDNA modifică posttranslațional proteina UmuD în „proteină UmuD. UmuD și UmuD” formează un heterodimer care interacționează cu UmuC, care la rândul său activează activitatea catalitică a polimerazei umuC asupra ADN-ului deteriorat. În E. coli, o polimerază ” a fost propus modelul centurii de scule ”pentru comutarea pol III cu pol IV la o furcă de replicare blocată, unde ambele polimeraze se leagă simultan de clema β. Cu toate acestea, implicarea a mai multor polimeraze TLS care lucrează succesiv pentru a ocoli o leziune nu a fost încă demonstrată în E. coli. Mai mult, Pol IV poate cataliza atât inserția, cât și extensia cu eficiență ridicată, în timp ce pol V este considerat polimeraza SOS TLS majoră. Un exemplu este ocolirea legăturii încrucișate timină guanină intra-catenă, unde a fost arătat pe baza diferenței în semnăturile mutaționale ale celor două polimeraze, că pol IV și pol V concurează pentru TLS a reticulului intra-catenar.

Family DEdit

În 1998, familia D a ADN polimerazei a fost descoperită în Pyrococcus furiosus și Methanococcus jannaschii. Complexul PolD este un heterodimer din două lanțuri, fiecare codificat prin DP1 (redactare mică) și DP2 (catalitic mare). Spre deosebire de alte ADN polimeraze, structura și mecanismul nucleului catalitic DP2 seamănă cu cel al ARN polimerazelor cu mai multe subunități. Interfața DP1-DP2 seamănă cu cea a degetului de zinc polimerază clasă B eucariotă și subunitatea sa mică. DP1, o exonuclează asemănătoare lui Mre11, este probabil precursorul subunității mici de Pol α și ε, oferind capabilități de corectură pierdute acum în eucariote. Domeniul său HSH N-terminal este similar cu proteinele AAA, în special subunitatea Pol III δ și RuvB, în structură. DP2 are un domeniu KH de clasa II. Pyrococcus abyssi polD este mai stabil la căldură și mai precis decât polimeraza Taq, dar nu a fost încă comercializată. S-a propus că ADN polimeraza familiei D a fost prima care a evoluat în organismele celulare și că polimeraza replicativă a Ultimului strămoș celular universal (LUCA) aparținea familiei D.

ADN polimerază eucariotăEdit

Polimerazele β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) și TdTEdit

Polimerazele din familia X conțin binecunoscuta polimerază eucariotă pol β (beta), precum și alte eucariote polimeraze precum Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) și deoxinucleotidil transferază terminală (TdT). Familia X polimeraze se găsesc în principal la vertebrate, iar câteva se găsesc la plante și ciuperci. Aceste polimeraze au regiuni extrem de conservate care includ două motive elice-ac de păr-elice care sunt imperative în interacțiunile ADN-polimerază. Un motiv este situat în domeniul de 8 kDa care interacționează cu ADN-ul din aval și un motiv este situat în domeniul degetului mare care interacționează cu firul de grund.Pol β, codificat de gena POLB, este necesar pentru repararea exciziei de bază cu patch-uri scurte, o cale de reparare a ADN-ului, care este esențială pentru repararea bazelor alchilate sau oxidate, precum și a siturilor abasice. Pol λ și Pol μ, codate de genele POLL și, respectiv, POLM, sunt implicate în îmbinarea finală neomologă, un mecanism pentru reunirea rupturilor de ADN dublu-caden datorate peroxidului de hidrogen și, respectiv, radiațiilor ionizante. TdT este exprimat numai în țesutul limfoid și adaugă „n nucleotide” la rupturile de dublu fir formate în timpul recombinării V (D) J pentru a promova diversitatea imunologică.

Polimerazele α, δ și ε (alfa, delta, și epsilon) Edit

Pol α (alfa), Pol δ (delta) și Pol ε (epsilon) sunt membri ai familiei B polimeraze și sunt principalele polimeraze implicate în replicarea ADN-ului nuclear. Complexul Pol α (complexul pol α-ADN primază) este format din patru subunități: subunitatea catalitică POLA1, subunitatea reglatoare POLA2 și subunitățile primase mici și mari PRIM1 și respectiv PRIM2. Odată ce primaza a creat primerul ARN, Pol α începe replicarea alungind primerul cu ~ 20 nucleotide. Datorită procesibilității sale ridicate, Pol over preia sinteza șirului principal și întârziat din Pol α.: 218–219 Pol δ este exprimată de genele POLD1, creând subunitatea catalitică, POLD2, POLD3 și POLD4 creând celelalte subunități care interacționează cu Antigenul nuclear celular proliferant (PCNA), care este o clemă de ADN care permite Pol δ să posede procesivitate. Pol ε este codificat de POLE1, subunitatea catalitică, POLE2 și gena POLE3. S-a raportat că funcția Pol ε este de a extinde firul principal în timpul replicării, în timp ce Pol δ replică în primul rând firul întârziat; cu toate acestea, dovezile recente au sugerat că Pol δ ar putea avea un rol în replicarea firului principal al ADN-ului. Se consideră că regiunea polimerază a polimerazei C-terminal „C-terminal”, în ciuda faptului că nu este necesară pentru activitatea polimerazei, este esențială pentru vitalitatea celulei. Se consideră că regiunea C-terminală oferă un punct de control înainte de intrarea în anafază, asigură stabilitate holoenzimei, și adaugă proteine la holoenzima necesară pentru inițierea replicării. Pol ε are un domeniu „palm” mai mare care asigură o procesare ridicată independent de PCNA.

Comparativ cu alte polimeraze din familia B, familia exonuclează DEDD responsabilă de corectură este inactivat în Pol α. Pol ε este unic prin faptul că are două domenii deget de zinc și o copie inactivă a unei alte familii polimerază B în terminalul său C. Prezența acestui deget de zinc are implicații în originile Eucariotei, care în acest cazul este plasat în grupul Asgard cu polimeraza B3 arhaeală.

Polimerazele η, ι și κ (eta, iota și kappa) Edit

Pol η (eta), Pol ι ( iota) și Pol κ (kappa) sunt ADN polimeraze din familia Y implicate în D Repararea NA prin sinteza transleției și codificată de genele POLH, POLI și, respectiv, POLK. Membrii familiei Y au cinci motive comune pentru a ajuta la legarea substratului și a capătului primerului și cu toții includ degetul tipic mâna dreaptă, palma și degetele cu domenii adăugate precum degetul mic (LF), domeniul asociat polimerazei (PAD) încheietura. Cu toate acestea, site-ul activ diferă între membrii familiei din cauza diferitelor leziuni care sunt reparate. Polimerazele din familia Y sunt polimeraze cu fidelitate scăzută, dar s-a dovedit că fac mai mult bine decât rău, deoarece mutațiile care afectează polimeraza pot provoca diferite boli, cum ar fi cancerul de piele și Xeroderma Pigmentosum Variant (XPS). Importanța acestor polimeraze este evidențiată de faptul că gena care codifică ADN polimeraza η este denumită XPV, deoarece pierderea acestei gene duce la boala Xeroderma Pigmentosum Variant. Pol η este deosebit de important pentru a permite sinteza precisă prin transleție a daunelor ADN rezultate din radiațiile ultraviolete. Funcționalitatea Pol κ nu este înțeleasă complet, dar cercetătorii au găsit două funcții probabile. Se crede că Pol κ acționează ca un extender sau ca inserator al unei baze specifice la anumite leziuni ale ADN-ului. Toate cele trei polimeraze de sinteză translețională, împreună cu Rev1, sunt recrutate în leziuni deteriorate prin ADN polimeraze replicative blocate. Există două căi de reparare a daunelor, care conduc cercetătorii la concluzia că calea aleasă depinde de ce șuviță conține daunele, șuvița principală sau întârziată.

Polimerazele Rev1 și ζ (zeta) Edit

Pol ζ o altă polimerază din familia B, este alcătuită din două subunități Rev3, subunitatea catalitică și Rev7 (MAD2L2), care crește funcția catalitică a polimerazei și este implicată în sinteza transleziunii. Pol ζ nu are activitate de exonuclează de 3 „până la 5”, este unic prin faptul că poate extinde primerii cu nepotriviri terminale. Rev1 are trei regiuni de interes în domeniul BRCT, domeniul de legare a ubiquitinei și domeniul C-terminal și are capacitatea de transferază a dCMP, care adaugă leziuni opuse de dexicicidină care ar bloca polimerazele replicative Pol δ și Pol ε.Aceste polimeraze blocate activează complexe de ubiquitină care, la rândul lor, disociază polimerazele de replicare și recrutează Pol ζ și Rev1. Împreună Pol ζ și Rev1 adaugă deoxicitidină și Pol ζ se extinde după leziune. Printr-un proces încă nedeterminat, Pol ζ disociază și polimerazele de replicare se reasociază și continuă replicarea. Pol ζ și Rev1 nu sunt necesare pentru replicare, dar pierderea genei REV3 în drojdie în devenire poate provoca o sensibilitate crescută la agenții care dăunează ADN-ului din cauza prăbușirii furcilor de replicare unde polimerazele de replicare s-au blocat.

>

Telomeraza este o ribonucleoproteină care funcționează pentru a reproduce capetele cromozomilor liniari, deoarece ADN polimeraza normală nu poate replica capetele sau telomerii. Surplombarea monocatenară de 3 „a cromozomului cu catena dublă cu secvența 5” -TTAGGG-3 „recrutează telomeraza. Telomeraza acționează ca alte ADN polimeraze prin extinderea capătului 3”, dar, spre deosebire de alte ADN polimeraze, telomeraza nu necesită un șablon. Subunitatea TERT, un exemplu de transcriptază inversă, folosește subunitatea ARN pentru a forma joncțiunea primer-șablon care permite telomerazei să extindă capătul 3 „al capetelor cromozomului. Scăderea treptată a dimensiunii telomerilor ca rezultat al multor replicări pe o toată viața este considerată a fi asociată cu efectele îmbătrânirii .:248–249

Polimerazele γ, θ și ν (gamma, theta și nu) Edit

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) și Pol ν (nu) sunt polimeraze din familia A. Pol γ, codificat de gena POLG, a fost considerat multă vreme ca fiind singura polimerază mitocondrială. , cercetări recente arată că cel puțin Pol β (beta), o polimerază din familia X, este prezentă și în mitocondrii. Orice mutație care duce la Pol γ limitată sau nefuncțională are un efect semnificativ asupra ADNmt și este cea mai frecventă cauză a autozomului. tulburări mitocondriale moștenite. Pol γ conține un domeniu C-terminal polimerază și un N-terminal 3 „–5” domeniu exonuclează care sunt conectat prin regiunea linker, care leagă subunitatea accesorie. Subunitatea accesorie leagă ADN-ul și este necesară pentru procesarea Pol γ. Mutația punctuală A467T din regiunea linker este responsabilă pentru mai mult de o treime din toate tulburările mitocondriale asociate Pol γ. În timp ce mulți omologi ai Pol θ, codificați de gena POLQ, se găsesc în eucariote, funcția sa nu este înțeleasă în mod clar. Secvența aminoacizilor din capătul C-terminal este ceea ce clasifică Pol θ ca polimerază din familia A, deși rata de eroare pentru Pol θ este mai strâns legată de polimerazele din familia Y. Pol θ extinde capetele primare nepotrivite și poate ocoli siturile abasice prin adăugarea unei nucleotide. De asemenea, are activitate dezoxirofosfodiesterază (dRPază) în domeniul polimerazei și poate prezenta activitate ATPază în imediata apropiere a ADNs. Pol ν (nu) este considerat a fi cel mai puțin eficient dintre enzimele polimerazei. Cu toate acestea, ADN polimeraza nu joacă un rol activ în repararea omologiei în timpul răspunsurilor celulare la legături încrucișate, îndeplinindu-și rolul într-un complex cu helicază.

Plantele folosesc două polimeraze din familia A pentru a copia atât genomul mitocondrial, cât și cel al plastidelor. Sunt mai asemănătoare cu Pol I bacterian decât cu Pol γ mamalian.

Reverse transcriptaseEdit

Retrovirusurile codifică o ADN polimerază neobișnuită numită revers transcriptază, care este o ADN polimerază dependentă de ARN (RdDp) care sintetizează ADN dintr-un șablon de ARN. Familia de transcriptază inversă conține atât funcționalitatea ADN polimerază, cât și funcționalitatea RNase H, care degradează ARN-asociat cu ADN. Un exemplu de retrovirus este HIV: transcriptaza inversă este utilizată în mod obișnuit în amplificarea ARN în scopuri de cercetare. Folosind un șablon de ARN, PCR poate utiliza transcriptaza inversă, creând un șablon de ADN. Acest nou șablon de ADN poate fi apoi utilizat pentru amplificarea PCR tipică. Produsele unui astfel de experiment sunt astfel produse PCR amplificate din ARN.

Fiecare particulă de retrovirus HIV conține doi genomi de ARN, dar, după o infecție, fiecare virus generează un singur provirus. După infecție, transcrierea inversă este însoțită de comutarea șablonului între cele două copii ale genomului (recombinarea alegerii copiei). De la 5 la 14 evenimente de recombinare pe genom apar la fiecare ciclu de replicare. Schimbarea șablonului (recombinarea) pare a fi necesară pentru menținerea integrității genomului și ca mecanism de reparare pentru salvarea genomilor deteriorați.

Bacteriofag T4 ADN polimerază Editare

Bacteriofag (fag) T4 codifică o ADN polimerază care catalizează sinteza ADN-ului într-o direcție de 5 ‘până la 3’. Fagul polimerază are, de asemenea, o activitate de exonuclează care acționează într-o direcție de 3 ’până la 5’, iar această activitate este utilizată în corectarea și editarea bazelor nou inserate. S-a observat că un mutant de fag cu ADN polimerază sensibilă la temperatură, crescut la temperaturi permisive, suferă recombinare la frecvențe care sunt de aproximativ două ori mai mari decât cele ale fagului de tip sălbatic.

S-a propus că o modificare mutațională a ADN-polimerazei fage poate stimula comutarea șablonului șablonului (recombinarea alegerii copiei) în timpul replicării.