أنواع بوليميريز الحمض النووي ، وظيفة وهيكل

ال بوليميريز الحمض النووي هو إنزيم مسؤول عن تحفيز بلمرة الطبقة الجديدة من الحمض النووي أثناء تكرار هذا الجزيء. وتتمثل مهمتها الرئيسية في مطابقة ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونكليوتيد مع تلك الموجودة في سلسلة القوالب. كما تشارك في إصلاح الحمض النووي.

يسمح هذا الإنزيم بالتطابق الصحيح بين قواعد الحمض النووي لسلسلة القالب والقالب الجديد ، باتباع مخطط A تتزاوج مع T ، و G مع C.

يجب أن تكون عملية تكاثر الحمض النووي فعالة ويجب تنفيذها بسرعة ، وبالتالي فإن بوليميريز الحمض النووي يعمل عن طريق إضافة حوالي 700 نيوكليوتيدات في الثانية الواحدة ويحدث خطأ فقط كل 10⁹ أو 10¹⁰ النيوكليوتيدات المضمنة.

هناك أنواع مختلفة من بوليميريز الحمض النووي. هذه تختلف في كل من حقيقيات النوى و بدائيات النوى ، ولكل منها دور محدد في تكرار الحمض النووي وإصلاحه..

من المحتمل أن تكون واحدة من الإنزيمات الأولى التي ظهرت في التطور هي البوليميرات ، حيث أن القدرة على نسخ الجينوم بدقة تعد مطلبًا جوهريًا لتطوير الكائنات الحية.

ينسب اكتشاف هذا الإنزيم إلى آرثر كورنبرج وزملاؤه. حدد هذا الباحث بوليميريز الحمض النووي (بول الأول) في عام 1956 ، أثناء العمل معه الإشريكية القولونية. وبالمثل ، اقترح واتسون وكريك أن هذا الإنزيم يمكنه إنتاج نسخ وفية من جزيء الحمض النووي.

مؤشر

• 1 أنواع
  • 1.1 بدائيات النوى
  • 1.2 حقيقيات النوى
  • 1.3 أقواس
• 2 وظائف: تكرار الحمض النووي وإصلاح
  • 2.1 ما هو تكرار الحمض النووي?
  • 2.2 رد الفعل
  • 2.3 خصائص الحمض النووي البوليمرات
  • 2.4 شظايا أوكازاكي
  • 2.5 إصلاح الحمض النووي
• 3 هيكل
• 4 تطبيقات
  • 4.1 لجان المقاومة الشعبية
  • 4.2 المضادات الحيوية والأدوية المضادة للأورام
• 5 المراجع

نوع

بدائيات النوى

تمتلك الكائنات أولية النواة (الكائنات الحية بدون نواة حقيقية ، محددة بواسطة غشاء) ثلاثة بوليميرات دنا رئيسية ، يتم اختصارها بشكل شائع على أنها pol I و II و III.

يشارك بوليميريز الحمض النووي 1 في تكرار وإصلاح الحمض النووي ويمتلك نشاط نوكلياز في كلا الاتجاهين. يعتبر أن دور هذا الإنزيم في التكرار ثانوي.

يشارك II في إصلاح الحمض النووي ونشاط نوكلياز في اتجاه 3 '-5'. يشارك الثالث في تكرار ومراجعة الحمض النووي ، ومثل الإنزيم السابق ، يعرض نشاط نوكلياز في اتجاه 3'-5 '.

حقيقية النواة

تمتلك حقيقيات النوى (الكائنات الحية ذات النواة الحقيقية ، المحددة بواسطة غشاء) خمسة بوليمرات الحمض النووي ، معنية بأحرف الأبجدية اليونانية: α و β و γ و δ و ε.

يقع بوليميريز in في الميتوكوندريا وهو مسؤول عن تكرار المادة الوراثية في هذه الخلية العضوية. في المقابل ، تم العثور على الأربعة الأخرى في نواة الخلايا وتشارك في تكرار الحمض النووي النووي.

تعد المتغيرات α و δ و most هي الأكثر نشاطًا في عملية تقسيم الخلايا ، مما يشير إلى أن وظيفتها الرئيسية مرتبطة بإنتاج نسخ من الحمض النووي.

من ناحية أخرى ، يقدم بوليميريز الحمض النووي قمم النشاط في الخلايا التي لا تنقسم ، والسبب وراء افتراض أن وظيفتها الرئيسية مرتبطة بإصلاح الحمض النووي..

لقد تمكنت تجارب مختلفة من التحقق من الفرضية القائلة بأنهم يربطون بشكل رئيسي البوليميرات α و δ و ε بتكرار الحمض النووي. الأنواع γ و δ و it تعرض نشاط نوكلياز 3 '-5'.

العتيقة

تمكنت الطرق الجديدة للتسلسل من التعرف على مجموعة كبيرة ومتنوعة من عائلات بوليميرات الدنا. في الأركيا ، على وجه التحديد ، حددنا عائلة من الإنزيمات ، تسمى عائلة D ، وهي فريدة من نوعها لهذه المجموعة من الكائنات الحية.

وظائف هي: تكرار الحمض النووي وإصلاح

ما هو تكرار الحمض النووي?

الحمض النووي هو الجزيء الذي يحمل جميع المعلومات الوراثية للكائن الحي. يتكون من سكر وقاعدة نيتروجينية (الأدينين والجوانين والسيتوزين والثيمين) ومجموعة الفوسفات.

أثناء عمليات تقسيم الخلايا ، التي تحدث باستمرار ، يجب نسخ الحمض النووي بسرعة وبدقة - وتحديدا في المرحلة S من دورة الخلية. هذه العملية حيث تقوم الخلية بنسخ الحمض النووي المعروف باسم النسخ المتماثل.

من الناحية الهيكلية ، يتكون جزيء الحمض النووي عن طريق شقين ، مكونين الحلزون. أثناء عملية النسخ المتماثل ، يتم فصل كل منها ويعمل كل واحد كطرف لتشكيل جزيء جديد. وبالتالي ، فإن فروع جديدة تنتقل إلى الخلايا الابنة في عملية انقسام الخلايا.

نظرًا لتخفيف حدة كل حبلا ، يُقال إن تكرار الحمض النووي هو مادة شبه حافظة - في نهاية العملية ، يتألف الجزيء الجديد من حبلا جديد وحبلا قديمًا. تم وصف هذه العملية في عام 1958 من قبل الباحثين Meselson و Stahl ، وذلك باستخدام isophotos.

يتطلب تكرار الحمض النووي سلسلة من الإنزيمات التي تحفز العملية. ومن بين جزيئات البروتين هذه ، يبرز بوليميريز الحمض النووي.

رد فعل

لحدوث تخليق الحمض النووي ، يلزم وجود ركائز ضرورية للعملية: ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوتيد (dNTP)

تتضمن آلية التفاعل هجومًا نوويًا لمجموعة هيدروكسيل في الطرف 3 'للخيط المتنامي في فوسفات ألفا في dNTP التكميلي ، مما يؤدي إلى القضاء على بيروفوسفات. هذه الخطوة مهمة للغاية ، حيث أن طاقة البلمرة تأتي من التحلل المائي لـ dNTP والبيروفوسفات الناتج.

يربط pol III أو alpha الأول (انظر خصائص البوليميرات) ويبدأ في إضافة النيوكليوتيدات. يطيل إبسيلون سلسلة القائد ، ويطيل الدلتا الشريط المتأخر.

خصائص الحمض النووي البوليمرات

تشترك جميع بوليميرات الدنا المعروفة في خواص أساسية مرتبطة بعملية النسخ المتماثل.

أولاً ، تقوم جميع البوليميرات بتجميع حبلا الحمض النووي في اتجاه 5 "-3" ، مضيفًا dNTP إلى مجموعة الهيدروكسيل في السلسلة المتنامية.

ثانياً ، لا يمكن أن تبدأ بوليميرات الحمض النووي في تجميع سلسلة جديدة من لا شيء. يحتاجون إلى عنصر إضافي يُعرف باسم التمهيدي أو التمهيدي ، وهو جزيء يتكون من عدد قليل من النيوكليوتيدات التي توفر مجموعة هيدروكسيل مجانية ، حيث يمكن للبوليميراز أن يرسو وبدء نشاطه.

هذا هو أحد الاختلافات الأساسية بين بوليمرات الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، حيث أن الأخير قادر على بدء تخليق سلسلة دي نوفو.

شظايا أوكازاكي

الخاصية الأولى لبوليمرات الحمض النووي المذكورة في القسم السابق هي مضاعفة للتكرار شبه المحافظ. مع تشغيل شقين من الحمض النووي بطريقة غير متوازية ، يتم تصنيع أحدهما بطريقة متقطعة (والتي تحتاج إلى توليفها في اتجاه 3'-5 ').

يحدث التخليق غير المستمر في الشريط المتأخر عن طريق النشاط الطبيعي للبوليميريز ، 5'-3 '، والشظايا الناتجة - المعروفة في الأدب باسم شظايا أوكازاكي - مرتبطة بإنزيم آخر ، يغاز.

إصلاح الحمض النووي

يتعرض الدنا باستمرار لعوامل ، داخلية وخارجية على حد سواء ، يمكن أن تلحق به الضرر. هذه الأضرار يمكن أن تحول دون التكاثر والتراكم ، بحيث تؤثر على التعبير عن الجينات ، مما يولد مشاكل في العمليات الخلوية المتنوعة.

بالإضافة إلى دورها في عملية تكاثر الحمض النووي ، يعد بوليميريز أيضًا مكونًا رئيسيًا في آليات إصلاح الحمض النووي. يمكن أن تعمل أيضًا كجهاز استشعار في دورة الخلية تمنع الدخول إلى مرحلة الانقسام في حالة تلف الحمض النووي.

هيكل

حاليًا ، بفضل دراسات علم البلورات ، أصبح من الممكن توضيح هياكل البوليميرات المختلفة. بناءً على تسلسلها الأساسي ، يتم تجميع البوليميرات في مجموعات: A و B و C و X و Y.

بعض الجوانب شائعة في جميع البوليميرات ، وخاصة تلك المتعلقة بالمراكز الحفزية للإنزيم.

يتضمن ذلك موقعين رئيسيين نشطين لهما أيونات معدنية ، مع اثنين من الوحدات البنائية الأسبارتية وبقايا متغيرة - إما الأسبارتات أو الغلوتامات ، التي تنسق المعادن. هناك سلسلة أخرى من المخلفات المشحونة التي تحيط بالمركز الحفاز ويتم حفظها في بوليميرات مختلفة.

في بدائيات النوى ، DNA polymerase I عبارة عن polypeptide 103 kd ، II هو polypeptide 88 kd و III يتكون من عشر وحدات فرعية.

في حقيقيات النوى ، تكون الإنزيمات أكبر وأكثر تعقيدًا: تتكون α من خمس وحدات ، β و γ بواسطة وحدة فرعية ، δ بواسطة وحدتين فرعيتين ، و ε بمقدار 5..

تطبيقات

PRC

تفاعل البلمرة المتسلسل (PRC) هو طريقة تستخدم في جميع مختبرات البيولوجيا الجزيئية ، وذلك بفضل فائدتها وبساطتها. الهدف من هذه الطريقة هو تضخيم جزيء الحمض النووي بشكل كبير.

ولتحقيق ذلك ، يستخدم علماء الأحياء بوليميريز الحمض النووي الذي لا يتضرر من جراء الحرارة (درجات الحرارة العالية لا غنى عنها لهذه العملية) لتضخيم الجزيء. نتيجة هذه العملية هي وجود عدد كبير من جزيئات الحمض النووي التي يمكن استخدامها لأغراض مختلفة.

واحدة من المرافق السريرية الأكثر تميزا لهذه التقنية هو استخدامه في التشخيص الطبي. يمكن استخدام لجان المقاومة الشعبية للتحقق من وجود البكتيريا المسببة للأمراض والفيروسات في المرضى.

المضادات الحيوية ومضادات الأورام

يهدف عدد كبير من الأدوية إلى اقتطاع آليات تكرار الحمض النووي في الكائن الممرض ، سواء كان فيروسًا أو بكتيريا.

في بعض هذا ، يكون الهدف هو تثبيط نشاط DNA polymerase. على سبيل المثال ، سيتارابين المخدرات العلاج الكيميائي ، وتسمى أيضا سيتوزين أرابينوسيد ، يعطل بوليميريز الحمض النووي.

مراجع

1. Alberts، B.، Bray، D.، Hopkin، K.، Johnson، A.D، Lewis، J.، Raff، M.، ... & Walter، P. (2015). بيولوجيا الخلية الأساسية. علوم الطوق.
2. Cann، I. K.، & Ishino، Y. (1999). النسخ المتماثل DNA الحمض النووي: تحديد القطع لحل اللغز. علم الوراثة, 152(4) ، 1249-67.
3. Cooper، G. M.، & Hausman، R. E. (2004). الخلية: النهج الجزيئي. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz، M.، & Bebenek، K. (2007). وظائف متعددة من polymerases الحمض النووي. مراجعات نقدية في علوم النبات, 26(2) ، 105-122.
5. Shcherbakova، P. V.، Bebenek، K.، & Kunkel، T. A. (2003). وظائف البوليمرات الحمض النووي حقيقية النواة. العلوم SAGE KE, 2003(8) ، 3.
6. Steitz، T. A. (1999). polymerases الحمض النووي: التنوع الهيكلي والآليات المشتركة. مجلة الكيمياء البيولوجية, 274(25) ، 17395-17398.
7. Wu، S.، Beard، W. A.، Pedersen، L. G.، & Wilson، S. H. (2013). تشير المقارنة الهيكلية لهندسة البلمرة الحمض النووي إلى بوابة النوكليوتيدات إلى موقع البلمرة النشط. الاستعراضات الكيميائية, 114(5) ، 2759-74.