DNA 중합 효소는 이 분자의 복제하는 동안 새로운 DNA 가닥의 중합을 촉매 담당하는 효소이다. 그것의 주요 기능은 triphosphate deoxyribonucleotides를 주형 사슬의 것과 쌍을 이루는 것입니다. 또한 DNA 복구에도 관여합니다.
이 효소는 A와 T, G와 C의 체계에 따라 주형 사슬의 DNA 염기와 새로운 염기 사이의 올바른 짝짓기를 허용합니다.
인간의 DNA 중합 효소 베타 구조.
출처 : Wikimedia Commons의 Yikrazuul
DNA 복제 과정은 효과적이어야하고 빠르게 수행되어야하므로 DNA 중합 효소는 초당 약 700 개의 뉴클레오티드를 추가하여 작동하며 통합 된 10 개의 9 개 또는 10 개의 뉴클레오티드 마다 한 번만 실수를합니다 .
DNA 중합 효소에는 여러 유형이 있습니다. 이들은 진핵 생물과 원핵 생물 모두에서 다양하며 각각은 DNA 복제 및 복구에서 특정 역할을합니다.
게놈을 정확하게 복제하는 능력은 유기체의 발달을위한 본질적인 요구 사항이기 때문에 진화에서 나타나는 첫 번째 효소 중 하나가 중합 효소 였을 가능성이 있습니다.
이 효소의 발견은 Arthur Kornberg와 그의 동료들에게 기인합니다. 이 연구원은 1956 년 대장균을 연구하면서 DNA 중합 효소 I (Pol I)을 확인했습니다. 마찬가지로이 효소가 DNA 분자의 충실한 사본을 생성 할 수 있다고 제안한 사람은 Watson과 Crick이었습니다.
종류
원핵 생물
원핵 생물 (진정한 핵이없는 유기체, 막으로 묶여 있음)은 일반적으로 pol I, II 및 III로 약칭되는 세 가지 주요 DNA 중합 효소를 보유합니다.
DNA 중합 효소 I은 DNA 복제 및 복구에 참여하며 양방향으로 엑소 뉴 클레아 제 활성을 가지고 있습니다. 복제에서이 효소의 역할은 이차적 인 것으로 간주됩니다.
II는 DNA 복구에 참여하고 그 엑소 뉴 클레아 제 활성은 3'-5 '감각입니다. III는 DNA의 복제 및 수정에 참여하며, 기존의 효소와 마찬가지로 3'-5 '감각으로 엑소 뉴 클레아 제 활성을 나타냅니다.
진핵 생물
진핵 생물 (진핵 생물, 막으로 구분 된 핵을 가진 유기체)에는 그리스 알파벳 문자 인 α, β, γ, δ 및 ε으로 명명 된 5 개의 DNA 중합 효소가 있습니다.
중합 효소 γ는 미토콘드리아에 위치하며이 세포 소기관에서 유전 물질의 복제를 담당합니다. 대조적으로, 나머지 4 개는 세포핵에서 발견되며 핵 DNA 복제에 관여합니다.
α, δ 및 ε 변이체는 세포 분열 과정에서 가장 활동적이며 주요 기능이 DNA 사본 생성과 관련되어 있음을 시사합니다.
DNA 중합 효소 β는 부분적으로 분열되지 않는 세포에서 활동의 피크를 나타내므로 그 주요 기능이 DNA 복구와 관련이 있다고 가정합니다.
여러 실험을 통해 주로 α, δ 및 ε 중합 효소를 DNA 복제와 연관 시킨다는 가설을 확인할 수있었습니다. 유형 γ, δ 및 ε은 3'-5 '엑소 뉴 클레아 제 활성을 나타냅니다.
아치
새로운 시퀀싱 방법은 매우 다양한 DNA 중합 효소 패밀리를 식별하는 데 성공했습니다. 특히 고세균에서는 D 계열이라고하는 효소 계열이이 유기체 그룹에 고유 한 것으로 확인되었습니다.
기능 : DNA 복제 및 복구
DNA 복제 란 무엇입니까?
DNA는 유기체의 모든 유전 정보를 전달하는 분자입니다. 그것은 설탕, 질소 염기 (아데닌, 구아닌, 시토신 및 티민) 및 인산염 그룹으로 구성됩니다.
지속적으로 발생하는 세포 분열 과정에서 DNA는 특히 세포주기의 S 단계에서 빠르고 정확하게 복제되어야합니다. 세포가 DNA를 복제하는이 과정을 복제라고합니다.
구조적으로 DNA 분자는 나선을 형성하는 두 가닥으로 구성됩니다. 복제 과정에서 이들 각각은 새로운 분자의 형성을위한 템플릿 역할을합니다. 따라서 새로운 가닥은 세포 분열 과정에서 딸 세포로 전달됩니다.
각 가닥이 주형 역할을하기 때문에 DNA 복제는 반 보존 적이라고합니다. 프로세스가 끝나면 새로운 분자는 새 가닥과 오래된 가닥으로 구성됩니다. 이 과정은 1958 년에 Meselson과 Stahl이 등분 포를 사용하여 설명했습니다.
DNA 복제에는 프로세스를 촉매하는 일련의 효소가 필요합니다. 이러한 단백질 분자 중에서 DNA 중합 효소가 두드러집니다.
반응
DNA 합성이 일어나기 위해서는 프로세스에 필요한 기질이 필요합니다 : deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP)
반응 메커니즘은 상보 적 dNTP의 알파 포스페이트에있는 성장 가닥의 3 '말단에있는 하이드 록실 그룹에 의한 친 핵성 공격을 포함하여 파이로 포스페이트를 제거합니다. 중합 에너지는 dNTP의 가수 분해와 생성 된 파이로 포스페이트에서 발생하기 때문에이 단계는 매우 중요합니다.
pol III 또는 알파는 프라이머에 결합하고 (중합 효소의 특성 참조) 뉴클레오타이드를 추가하기 시작합니다. 엡실론은 리드 체인을 늘리고 델타는 지연된 가닥을 늘립니다.
DNA 중합 효소의 특성
알려진 모든 DNA 중합 효소는 복제 과정과 관련된 두 가지 필수 속성을 공유합니다.
첫째, 모든 중합 효소는 5'-3 '방향으로 DNA 가닥을 합성하여 dNTP를 성장 사슬의 수산기에 추가합니다.
둘째, DNA 중합 효소는 처음부터 새로운 가닥을 합성 할 수 없습니다. 그들은 프라이머 또는 프라이머로 알려진 추가 요소가 필요합니다.이 분자는 중합 효소가 고정되고 활성을 시작할 수있는 자유 하이드 록 실기를 제공하는 몇 개의 뉴클레오티드로 구성된 분자입니다.
이것은 DNA와 RNA 중합 효소의 근본적인 차이점 중 하나입니다. 후자는 de novo 사슬의 합성을 시작할 수 있기 때문입니다.
오카자키의 파편
이전 섹션에서 언급 한 DNA 중합 효소의 첫 번째 특성은 반 보존 적 복제의 복잡성을 나타냅니다. 두 개의 DNA 가닥이 역 평행으로 실행됨에 따라 그중 하나는 불 연속적으로 합성됩니다 (3'-5 '감각으로 합성해야하는 것).
지연된 가닥에서는 중합 효소 5'-3 '의 정상적인 활성을 통해 불연속적인 합성이 이루어지며 결과적인 단편 (문헌에서 Okazaki 단편으로 알려진)은 또 다른 효소 인 리가 제에 의해 연결됩니다.
DNA 복구
DNA는 손상을 줄 수있는 내인성 및 외인성 요인에 지속적으로 노출됩니다. 이러한 손상은 복제를 차단하고 축적되어 유전자 발현에 영향을 주어 다양한 세포 과정에 문제를 일으킬 수 있습니다.
DNA 복제 과정에서의 역할 외에도 중합 효소는 DNA 복구 메커니즘의 핵심 구성 요소이기도합니다. 또한 DNA가 손상되면 분열 단계로 들어가는 것을 방지하는 세포주기의 센서 역할을 할 수 있습니다.
구조
현재 결정학 연구 덕분에 다양한 중합 효소의 구조가 밝혀졌습니다. 기본 서열에 따라 중합 효소는 A, B, C, X 및 Y 계열로 분류됩니다.
일부 측면은 모든 중합 효소, 특히 효소의 촉매 중심과 관련된 측면에 공통적입니다.
여기에는 금속 이온을 보유하는 두 개의 핵심 활성 부위가 포함되며, 두 개의 아스 파르 테이트 잔기와 하나의 가변 잔기 (금속을 배위하는 아스 파르 테이트 또는 글루타메이트)가 있습니다. 촉매 중심을 둘러싸고 다른 중합 효소에 보존되는 또 다른 일련의 하전 된 잔류 물이 있습니다.
원핵 생물에서 DNA 중합 효소 I은 103kd 폴리펩티드, II는 88kd 폴리펩티드, III는 10 개의 소단위로 구성됩니다.
진핵 생물에서 효소는 더 크고 복잡합니다 .α는 5 개의 단위로 구성됩니다. α는 하나의 하위 단위의 β와 γ, 두 개의 하위 단위의 δ, 5의 ε으로 구성됩니다.
응용
PRC
중합 효소 연쇄 반응 (PRC)은 유용성과 단순성 덕분에 모든 분자 생물학 실험실에서 사용되는 방법입니다. 이 방법의 목표는 관심있는 DNA 분자를 대량으로 증폭하는 것입니다.
이를 달성하기 위해 생물 학자들은 분자를 증폭하기 위해 열에 의해 손상되지 않는 (고온이이 과정에 필수적 임) DNA 중합 효소를 사용합니다. 이 과정의 결과는 다양한 목적으로 사용될 수있는 많은 수의 DNA 분자입니다.
이 기술의 가장 뛰어난 임상 적 유용성 중 하나는 의료 진단에서의 사용입니다. PRC는 환자의 병원성 박테리아 및 바이러스를 확인하는 데 사용할 수 있습니다.
항생제 및 항 종양 제
상당수의 약물은 병원성 유기체 (바이러스 또는 박테리아)에서 DNA 복제 메커니즘을 절단하는 것을 목표로합니다.
이 중 일부에서 표적은 DNA 중합 효소 활성의 억제입니다. 예를 들어, 시토신 아라 비노 사이드라고도 불리는 화학 요법 약물 시타 라빈은 DNA 중합 효소를 비활성화합니다.
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