Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о ДНК-полимеразе. Для РНК-полимеразы см. РНК-полимеразу II .
ДНК-полимераза II
Структура Pol2 (на основе 35KM) .png
Кристаллическая структура ДНК pol II (на основе записи PDB 3K5M)
Идентификаторы
ОрганизмEscherichia coli
(ул. К-12 субстрат MG1655)
СимволpolB
Entrez944779
PDB3К5М
RefSeq (Prot)NP_414602.1
UniProtP21189
Прочие данные
Номер ЕС2.7.7.7
Хромосомагеном: 0,06 - 0,07 Мб
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

ДНК-полимераза II (также известная как ДНК Pol II или Pol II ) представляет собой прокариотическую ДНК- зависимую ДНК-полимеразу, кодируемую геном PolB. [1]

ДНК-полимераза II представляет собой белок массой 89,9 кДа и является членом семейства ДНК-полимераз B. Первоначально он был выделен Томасом Корнбергом в 1970 году и охарактеризован в течение следующих нескольких лет. [2] [3] [4] в естественных условиях функциональности Pol II находится на стадии обсуждения, но консенсус показывает , что Поль II , в первую очередь , участвующие в качестве резервного фермента в прокариотической репликации ДНК . Фермент обладает способностью к синтезу ДНК 5 '→ 3' , а также активностью проверки 3 '→ 5' экзонуклеаз . ДНК Pol II взаимодействует с множеством партнеров по связыванию, общих с ДНК Pol III , чтобы повысить ее точность и процессивность . [1]

Открытие [ править ]

ДНК-полимераза I была первой ДНК-направленной ДНК-полимеразой, выделенной из E. coli . [5] Несколько исследований с участием этого изолированного фермента показали, что ДНК pol I, скорее всего, участвует в репарационной репликации и не является основной репликативной полимеразой. [6] Чтобы лучше понять in vivo роль ДНК pol I, в 1969 году Де Люсия и Кернс создали мутанты E. coli, дефицитные по этому ферменту (названные Pol A1 - ). [7] Согласно описанию, этот новый мутантный штамм был более чувствителен к ультрафиолетовому свету , что подтверждает гипотезу.тот ДНК pol I был вовлечен в репликацию восстановления. Мутант рос с той же скоростью, что и дикий тип , что указывает на присутствие другого фермента, ответственного за репликацию ДНК . Затем последовали выделение и характеристика этой новой полимеразы, участвующей в полуконсервативной репликации ДНК, в параллельных исследованиях, проведенных в нескольких лабораториях. [2] [3] [4] Новая полимераза была названа ДНК-полимеразой II и какое-то время считалась основным репликативным ферментом E. coli . [8] ДНК pol II была впервые кристаллизована Anderson et al. в 1994 г. [9]

Структура [ править ]

ДНК Pol II представляет собой белок 89,9 кДа, состоящий из 783 аминокислот, который кодируется геном polB (dinA). Глобулярный белок, ДНК Pol II функционирует как мономер, тогда как многие другие полимеразы образуют комплексы. Есть три основных части этого мономера, которые в просторечии называются ладонью, пальцами и большим пальцем. Эта «рука» смыкается вокруг нити ДНК. Ладонь комплекса содержит три каталитических остатка, которые будут координироваться с двумя ионами двухвалентных металлов, чтобы функционировать. ДНК Pol II имеет большое количество копий в клетке, около 30-50, тогда как уровень ДНК Pol III в клетке в пять раз меньше.

Общая «ручная» структура полимеразы группы B ( PDB : 3NCI )

Сходство с другими полимеразами группы B [ править ]

Большинство полимераз сгруппированы в семейства на основе сходной структуры и функции. ДНК Pol II попадает в группу B вместе с ДНК человека Pol α, δ, ϵ и ζ. Все это гомологи RB69, 9 ° N-7 и Tgo. У других членов группы B есть по крайней мере еще одна субъединица, которая делает ДНК Pol II уникальной. [10]

Функция [ править ]

Подтверждено [ править ]

Все полимеразы в той или иной степени участвуют в репликации ДНК , синтезируя цепи нуклеиновых кислот. Репликация ДНК - жизненно важный аспект размножения клетки. Без репликации своей ДНК клетка не может делиться и делиться своей генетической информацией с потомством. У прокариот, таких как E. coli , ДНК Pol III является основной полимеразой, участвующей в репликации ДНК. Хотя ДНК Pol II не является основным фактором репликации хромосом, у нее есть и другие роли.

ДНК Pol II действительно участвует в репликации ДНК. Хотя он может быть не таким быстрым, как ДНК Pol III, у него есть некоторые способности, которые делают его эффективным ферментом. Этот фермент обладает связанной 3 '→ 5' экзонуклеазной активностью наряду с активностью примазы . ДНК Pol II представляет собой фермент высокой точности с частотой ошибок замены ≤ 2 × 10 −6 и частотой ошибок сдвига рамки -1 ≤ 1 × 10 −6 . DNA Pol II может корректировать и обрабатывать несоответствия, вызванные Pol III. Banach-Orlowska et al. показали, что ДНК Pol II участвует в репликации, но она зависит от цепи и преимущественно реплицирует отстающую цепь.. Предлагаемый механизм предполагает, что, когда ДНК Pol III останавливается или становится нефункциональной, тогда ДНК Pol II может специфически рекрутироваться в точку репликации и продолжать репликацию. [1]

Существует много разных способов повреждения ДНК, от УФ-излучения до окисления, поэтому логично, что существуют разные типы полимераз для исправления этих повреждений. Одна из важных ролей ДНК Pol II - это основная полимераза для восстановления межцепочечных поперечных связей. Межцепочечные сшивки вызваны химическими веществами, такими как азотистый иприт и псорален, которые вызывают цитотоксические поражения. Восстановить эти повреждения сложно, потому что обе цепи ДНК были повреждены химическим агентом, и, следовательно, генетическая информация на обеих цепях неверна. Точный механизм фиксации этих межнитевых поперечных связей все еще исследуется, но известно, что Pol II принимает активное участие. [10]

Деятельность [ править ]

ДНК Pol II не является наиболее изученной полимеразой, поэтому существует множество предполагаемых функций этого фермента, которые являются вероятными функциями, но в конечном итоге не подтверждены: [1]

  • восстановление ДНК, поврежденной УФ-облучением
  • перезапуск репликации в УФ-облученной E. coli
  • адаптивный мутагенез
  • долгосрочное выживание

Механизм [ править ]

Активный сайт репарации ДНК-полимеразы II (ID PDB: 3K5M)

Во время репликации ДНК пары оснований в последовательности могут быть повреждены. Поврежденная последовательность ДНК может вызвать остановку репликации. [11] Чтобы исправить ошибку в последовательности, ДНК Pol II катализирует восстановление пар нуклеотидных оснований. Исследования in vitro показали, что Pol II иногда взаимодействует с дополнительными белками Pol III (β-Clamp и комплекс загрузки Clamp), предоставляя Pol II доступ к растущей зарождающейся цепи. [1] [12] [13] [14]Что касается функции ДНК Pol II во время репликации ДНК, это имеет смысл, поскольку любые ошибки, которые производит Pol III, будут касаться растущей цепи, а не консервативной цепи. N-концевой домен ДНК Pol II отвечает за ассоциацию и диссоциацию цепи ДНК с каталитической субъединицей. Скорее всего, есть два сайта в N-концевом домене ДНК Pol II, которые распознают одноцепочечную ДНК. Один сайт (ы) отвечает за привлечение одноцепочечной ДНК к ДНК Pol II, а другой сайт (ы) отвечает за диссоциацию одноцепочечной ДНК от ДНК Pol II. [15]

Активный сайт ДНК Pol II (PDB ID 3K5M)

После связывания субстрата ДНК Pol II связывает нуклеозидтрифосфаты для поддержания водородной структуры ДНК. Затем связывается правильный dNTP, и ферментный комплекс претерпевает конформационные изменения субдоменов и аминокислотных остатков. Эти конформационные изменения позволяют ускорить синтез репарации. [16] Активный центр содержит два иона Mg 2+ , которые стабилизируются каталитическими аспарагиновыми кислотами D419 и D547. [17] Ионы магния связываются с ДНК вместе с дНТФ в открытом состоянии и координируют конформационные изменения аминокислотных остатков активного центра для проведения катализа (закрытое состояние). После высвобождения ионов магния фермент возвращается в открытое состояние. [18]

Распространение видов [ править ]

Прокариотический [ править ]

ДНК-полимераза II является членом семейства полимеразы B и поддерживает полимеразу III в репликации ДНК, перемещаясь от 3'-конца к 5'-концу. [19] В случае, когда Полимераза III останавливается во время ошибки репликации, Полимераза II может прервать и вырезать несовпадающие основания. Полимераза II имеет гораздо более высокий коэффициент точности, чем Полимераза III, а это означает, что вероятность возникновения неправильного спаривания гораздо меньше. Без этапа корректуры Полимеразы II Полимераза III расширит ошибочные спаривания и, таким образом, создаст мутацию. [1]

В дополнение к защите от мутаций, которые могут быть вызваны Полимеразой III, Полимераза II защищает от мутаций, вызванных Полимеразой IV. Полимераза IV гораздо более подвержена ошибкам, чем Полимераза II, но также функционирует для восстановления несовпадающих пар оснований, начиная с 3'-конца. Полимераза II защищает 3'-конец от полимеразы IV и блокирует ее действие. Эта защита предотвратит образование мутаций, пока Полимераза II функционирует нормально. Если Полимераза II будет выведена из строя в результате мутации или выведена из строя другими факторами, Полимераза IV займет ее место, чтобы исправить ошибочно спаренные основания. [1]

Эукариотический [ править ]

Хотя полимераза II не будет функционировать естественным образом в сочетании с эукариотическими членами семейства B, она имеет сходные структурные и функциональные мотивы. Члены семейства B включают полимеразу α, ε, ζ и δ. Все эти полимеразы предназначены для коррекции вновь синтезированной ДНК в направлении 3 '→ 5'. Эти полимеразы способны синтезировать ДНК как на ведущих, так и на отстающих цепях. Этот класс полимераз имеет тенденцию быть очень точным, что позволяет им исправлять любые нарушения спаривания, возникающие во время синтеза ДНК. [19]

Регламент [ править ]

ДНК-полимераза II в естественных условиях содержится в клетке, что обычно в пять раз превышает количество полимеразы III. Это большее количество позволяет Полимеразе II превосходить Полимеразу III в случае неправильного спаривания. Это количество может быть увеличено после индукции SOS-ответа, который активирует ген polB, поэтому количество полимеразы II увеличивается примерно в семь раз. Хотя Полимераза II может работать с обеими цепями, было показано, что она предпочитает отстающую цепочку ведущей. [1]

См. Также [ править ]

  • Репликация ДНК

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h Banach-Orlowska M, Fijalkowska IJ, Schaaper RM, Jonczyk P (октябрь 2005 г.). «ДНК-полимераза II как фактор верности в синтезе хромосомной ДНК у Escherichia coli» . Молекулярная микробиология . 58 (1): 61–70. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2005.04805.x . PMID  16164549 .
  2. ^ a b Корнберг Т., Гефтер М.Л. (сентябрь 1970 г.). «Синтез ДНК в бесклеточных экстрактах мутанта с дефектом ДНК-полимеразы». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 40 (6): 1348–55. DOI : 10.1016 / 0006-291X (70) 90014-8 . PMID 4933688 . 
  3. ^ a b Моисей RE, Ричардсон CC (декабрь 1970). «Новая ДНК-полимеразная активность Escherichia coli. I. Очистка и свойства активности, присутствующей в E. coli polA1». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях . 41 (6): 1557–64. DOI : 10.1016 / 0006-291X (70) 90565-6 . PMID 4922636 . 
  4. ^ a b Knippers R (декабрь 1970 г.). «ДНК-полимераза II». Природа . 228 (5276): 1050–3. Bibcode : 1970Natur.228.1050K . DOI : 10.1038 / 2281050a0 . PMID 4921664 . S2CID 4211529 .  
  5. ^ Леман ИК, Бэссман МДж, Симс Е.С., Корнберг А (июль 1958). «Ферментативный синтез дезоксирибонуклеиновой кислоты. I. Приготовление субстратов и частичная очистка фермента от Escherichia coli». Журнал биологической химии . 233 (1): 163–70. PMID 13563462 . 
  6. ^ Smith DW, Schaller HE, Bonhoeffer FJ (май 1970). «Синтез ДНК in vitro». Природа . 226 (5247): 711–3. Bibcode : 1970Natur.226..711S . DOI : 10.1038 / 226711a0 . PMID 4910150 . S2CID 1505496 .  
  7. Перейти ↑ De Lucia P, Cairns J (декабрь 1969). «Выделение штамма E. coli с мутацией, влияющей на ДНК-полимеразу». Природа . 224 (5225): 1164–6. Bibcode : 1969Natur.224.1164D . DOI : 10.1038 / 2241164a0 . PMID 4902142 . S2CID 4182917 .  
  8. ↑ Корнберг Т., Гефтер М.Л. (апрель 1971 г.). «Очистка и синтез ДНК в бесклеточных экстрактах: свойства ДНК-полимеразы II» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 68 (4): 761–4. Bibcode : 1971PNAS ... 68..761K . DOI : 10.1073 / pnas.68.4.761 . PMC 389037 . PMID 4927672 .  
  9. ^ Anderson WF, князь Д. Ю. Н, McEntee K, Goodman MF (апрель 1994). «Кристаллизация ДНК-полимеразы II из Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 238 (1): 120–2. DOI : 10.1006 / jmbi.1994.1765 . PMID 8145251 . 
  10. ^ a b Бебенек К., Кункель Т.А. (2004). «Функции ДНК-полимераз». Успехи в химии белков . 69 : 137–65. DOI : 10.1016 / S0065-3233 (04) 69005-X . ISBN 9780120342693. PMID  15588842 .
  11. ^ Becherel OJ, Fuchs RP (июль 2001). «Механизм ДНК-полимеразы II-опосредованного мутагенеза сдвига рамки» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (15): 8566–71. Bibcode : 2001PNAS ... 98.8566B . DOI : 10.1073 / pnas.141113398 . PMC 37476 . PMID 11447256 .  
  12. ^ Wickner S, Гурвиц J (октябрь 1974). «Превращение вирусной ДНК phiX174 в двухцепочечную форму очищенными белками Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 71 (10): 4120–4. Bibcode : 1974PNAS ... 71.4120W . DOI : 10.1073 / pnas.71.10.4120 . PMC 434340 . PMID 4610569 .  
  13. ^ Hughes AJ, Bryan SK, Chen H, Моисей RE, Макхенри CS (март 1991). «ДНК-полимераза II Escherichia coli стимулируется вспомогательными субъединицами голофермента ДНК-полимеразы III» . Журнал биологической химии . 266 (7): 4568–73. PMID 1999435 . 
  14. ^ Боннер СА, Stukenberg ПТ, Раджагопалан М, Eritja R, О'Доннель М, McEntee К, и др. (Июнь 1992 г.). «Процессивный синтез ДНК ДНК-полимеразой II, опосредованный дополнительными белками ДНК-полимеразы III» . Журнал биологической химии . 267 (16): 11431–8. PMID 1534562 . 
  15. Перейти ↑ Maki S, Hashimoto K, Ohara T, Sugino A (август 1998). «ДНК-полимераза II (эпсилон) Saccharomyces cerevisiae диссоциирует от матрицы ДНК путем восприятия одноцепочечной ДНК» . Журнал биологической химии . 273 (33): 21332–41. DOI : 10.1074 / jbc.273.33.21332 . PMID 9694894 . 
  16. ^ Борода WA, Wilson SH (май 2014). «Строение и механизм ДНК-полимеразы β» . Биохимия . 53 (17): 2768–80. DOI : 10.1021 / bi500139h . PMC 4018062 . PMID 24717170 .  
  17. Перейти ↑ Wang F, Yang W (декабрь 2009 г.). «Структурное понимание транслезионного синтеза ДНК Pol II» . Cell . 139 (7): 1279–89. DOI : 10.1016 / j.cell.2009.11.043 . PMC 3480344 . PMID 20064374 .  
  18. Перейти ↑ Yang L, Arora K, Beard WA, Wilson SH, Schlick T (июль 2004 г.). «Критическая роль ионов магния в закрытии ДНК-полимеразы бета и сборке активного сайта». Журнал Американского химического общества . 126 (27): 8441–53. DOI : 10.1021 / ja049412o . PMID 15238001 . 
  19. ^ a b Мандал А (26 февраля 2019 г.). «Прокариотические ДНК-полимеразы» . Новости медицины .