DNAポリメラーゼの種類、機能および構造



の DNAポリメラーゼ この分子の複製中にDNAの新しい鎖の重合を触媒することを担当する酵素です。その主な機能は、デオキシリボヌクレオチド三リン酸を鋳型鎖のものと一致させることである。 DNA修復にも参加.

この酵素は、金型鎖のＤＮＡ塩基と新しいものとの間の正しい一致を可能にする。.

DNA複製プロセスは効果的で迅速に実行されなければならないので、DNAポリメラーゼは毎秒約700ヌクレオチドを追加することによって機能し、10ごとにエラーを生成するだけです。9 または1010年 埋め込まれたヌクレオチド.

DNAポリメラーゼにはさまざまな種類があります。これらは真核生物と原核生物の両方で異なり、それぞれDNA複製と修復に特定の役割を果たします。.

ゲノムを正確に複製する能力は生物の発達にとって本質的な要件であるため、進化に現れる最初の酵素の1つはポリメラーゼであった可能性がある。.

この酵素の発見はArthur Kornbergと彼の同僚によるものです。この研究者は、1956年にDNAポリメラーゼI（Pol I）を同定しました。 大腸菌. 同様に、この酵素がDNA分子の忠実なコピーを作り出すことができると提案したのはWatsonとCrickでした。.

索引

  • 1種類
    • 1.1原核生物
    • 1.2真核生物
    • 1.3アーチ
  • 2つの機能：DNAの複製と修復
    • 2.1 DNA複製とは?
    • 2.2反応
    • 2.3 DNAポリメラーゼの性質
    • 2.4岡崎のかけら
    • 2.5 DNA修復
  • 3つの構造
  • 4アプリケーション
    • 4.1中国
    • 4.2抗生物質と抗腫瘍薬
  • 5参考文献

タイプ

原核生物

原核生物（真核を持たず、膜で区切られた生物）は3つの主要なDNAポリメラーゼを持ち、一般にpol I、II、IIIと省略されています。.

ＤＮＡポリメラーゼＩはＤＮＡの複製および修復に関与し、そして両方向においてエキソヌクレアーゼ活性を有する。複製におけるこの酵素の役割は二次的であると考えられている.

IIはDNA修復に関与し、そのエキソヌクレアーゼ活性は3'-5 '方向にあります。 IIIはDNAの複製と修正に関与しており、以前の酵素と同様に、エキソヌクレアーゼ活性は3'-5 '方向にあることを示しています。.

真核生物

真核生物（膜で区切られた真の核を持つ生物）は、ギリシャ文字のアルファベットで表される5つのDNAポリメラーゼを持っています：α、β、γ、δおよびε.

γポリメラーゼはミトコンドリアに位置し、この細胞小器官における遺伝物質の複製に関与している。対照的に、他の4つは細胞の核に見られ、核DNA複製に関与しています。.

α、δおよびε変異体は細胞分裂の過程において最も活性があり、それらの主な機能がDNAコピーの産生に関連していることを示唆している。.

一方、DNAポリメラーゼβは分裂していない細胞に活性のピークを示し、その主な機能はDNAの修復に関連していると考えられる理由.

様々な実験により、それらが主にポリメラーゼα、δおよびεをＤＮＡ複製と関連づけるという仮説を立証することができた。 γ型、δ型およびε型は3'-5 'エキソヌクレアーゼ活性を示す.

アーチ

配列決定の新しい方法は、DNAポリメラーゼの非常に多様なファミリーを同定することに成功した。古細菌では、具体的には、私たちはDファミリーと呼ばれる酵素のファミリーを同定しました。そして、それは有機体のこのグループに特有です.

機能：DNAの複製と修復

DNA複製とは?

DNAは生物のすべての遺伝情報を運ぶ分子です。それは砂糖、窒素含有塩基（アデニン、グアニン、シトシンおよびチミン）およびリン酸基からなる。.

絶えず発生している細胞分裂プロセスの間、DNAは迅速かつ正確に - 特に細胞周期のS期にコピーされなければなりません。細胞がDNAをコピーするこのプロセスは複製として知られています.

構造的には、DNA分子は2本の鎖で形成され、らせんを形成します。複製プロセス中に、これらは分離され、それぞれが新しい分子の形成のための焼き戻し剤として作用する。従って、新しい鎖は細胞分裂の過程で娘細胞に移動する.

各鎖は強化されているので、DNA複製は半保存的であると言われています - プロセスの終わりに、新しい分子は新しい鎖と古い鎖から成ります。このプロセスは、アイソ写真を使用して、1958年に研究者MeselsonとStahlによって記述されました。.

ＤＮＡ複製は、その過程を触媒する一連の酵素を必要とする。これらのタンパク質分子の中で、DNAポリメラーゼは際立っています.

反応

DNA合成が起こるためには、プロセスに必要な基質が必要です。デオキシリボヌクレオチド三リン酸（dNTP）

反応のメカニズムは、相補的ｄＮＴＰのアルファホスフェート中の成長鎖の３ '末端におけるヒドロキシル基の求核攻撃を含み、ピロホスフェートを排除する。重合のためのエネルギーはｄＮＴＰおよび得られるピロリン酸の加水分解に由来するので、この工程は非常に重要である。.

pol IIIまたはアルファは最初のものを結合し（ポリメラーゼの特性を参照）そしてヌクレオチドを付加し始める。イプシロンはリーダー鎖を伸張し、デルタは遅延鎖を伸張する.

DNAポリメラーゼの性質

すべての既知のDNAポリメラーゼは、複製過程に関連した2つの重要な特性を共有しています.

まず、すべてのポリメラーゼが5'-3 '方向にDNA鎖を合成し、成長鎖のヒドロキシル基にdNTPを付加します。.

第二に、ＤＮＡポリメラーゼは何もないところから新しい鎖を合成し始めることができない。それらはプライマーまたはプライマーとして知られる追加の要素を必要とし、それはポリメラーゼがその活性を固定しそしてその活性を開始することができる遊離ヒドロキシル基を与える数個のヌクレオチドにより形成される分子である。.

後者は鎖の合成を開始することができるので、これはDNAとRNAポリメラーゼの間の根本的な違いの1つです。 de novo.

岡崎のかけら

前のセクションで述べたDNAポリメラーゼの最初の特性は、半保存的複製の複雑さです。 DNAの2本の鎖が逆平行に走るので、それらのうちの1つは不連続な方法で合成されます（これは3'-5 '方向に合成される必要があるでしょう）.

遅延鎖では、ポリメラーゼの通常の活性、5'-3 'によって不連続合成が起こり、得られた断片 - 文献ではOkazaki断片として知られている - は別の酵素、リガーゼによって結合される。.

DNA修復

DNAは、内因性と外因性の両方の要因で絶えずさらされ​​ています。これらの損傷は複製を妨げ、蓄積する可能性があり、その結果それらは遺伝子の発現に影響を及ぼし、多様な細胞プロセスにおいて問題を引き起こす。.

DNA複製過程におけるその役割に加えて、ポリメラーゼもDNA修復メカニズムの重要な要素です。 DNAが損傷した場合、分裂期に入るのを防ぐ細胞周期のセンサーとしても機能します。.

構造

現在、結晶学の研究のおかげで、様々なポリメラーゼの構造を解明することが可能であった。それらの一次配列に基づいて、ポリメラーゼはファミリーに分類される：A、B、C、XおよびY.

いくつかの局面はすべてのポリメラーゼ、特に酵素の触媒中心に関連するものに共通している.

これらには、金属イオンを持つ2つの重要な活性部位が含まれ、2つのアスパラギン酸残基と1つの可変残基（アスパラギン酸またはグルタミン酸）が金属を配位します。触媒中心を囲み、異なるポリメラーゼに保存されている別の一連の荷電残基がある。.

原核生物において、ＤＮＡポリメラーゼＩは１０３ｋｄのポリペプチドであり、ＩＩは８８ｋｄのポリペプチドでありそしてＩＩＩは１０個のサブユニットからなる。.

真核生物では、酵素はより大きくそしてより複雑である：αは５つの単位、βおよびγはサブユニットによって、δは２つのサブユニットによって、そしてεは５つの単位によって形成される。.

アプリケーション

中華人民共和国

ポリメラーゼ連鎖反応（PRC）は、その有用性と単純さのおかげで、すべての分子生物学実験室で使用されている方法です。この方法の目的は、目的のDNA分子を大量に増幅することです.

これを達成するために、生物学者は、分子を増幅するために熱によって損傷されない（高​​温がこのプロセスに不可欠である）ＤＮＡポリメラーゼを使用する。このプロセスの結果、さまざまな目的に使用できる多数のDNA分子が生まれます。.

この技術の最も優れた臨床的有用性の1つは、医学的診断におけるその使用です。 PRCは、患者の病原性細菌やウイルスの存在を確認するために使用することができます.

抗生物質と抗腫瘍薬

かなりの数の薬物が、ウイルスであれ細菌であれ、病原体におけるDNA複製のメカニズムを切り詰めることを目的としています。.

このうちのいくつかにおいて、標的はＤＮＡポリメラーゼ活性の阻害である。例えば、化学療法薬シタラビンはシトシンアラビノシドとも呼ばれ、DNAポリメラーゼを無効にします。.

参考文献

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