Процессивность

В молекулярной биологии биохимии процессивность и — это катализировать способность фермента « последовательные реакции, не высвобождая субстрат ». ^{[ 1 ]}

Например, процессивность — это среднее количество нуклеотидов, добавляемых ферментом , полимеразой таким как ДНК-полимераза , на одно событие ассоциации с цепью матрицы. Поскольку связывание полимеразы с матрицей является стадией, лимитирующей скорость синтеза ДНК. ^{[ нужна ссылка ]}Общая скорость репликации ДНК во время S-фазы клеточного цикла зависит от процессивности ДНК-полимераз, выполняющих репликацию. Белки -зажимы ДНК являются неотъемлемыми компонентами механизма репликации ДНК и служат для повышения процессивности связанных с ними полимераз. Некоторые полимеразы добавляют более 50 000 нуклеотидов к растущей цепи ДНК перед тем, как отделиться от цепи матрицы, обеспечивая скорость репликации до 1000 нуклеотидов в секунду.

Взаимодействия связывания ДНК

Полимеразы взаимодействуют с фосфатным остовом и малой бороздкой ДНК, поэтому их взаимодействия не зависят от конкретной нуклеотидной последовательности. ^{[ 2 ]} Связывание в значительной степени опосредовано электростатическими взаимодействиями между ДНК и доменами «большого пальца» и «ладони» молекулы ДНК-полимеразы, метафорически имеющей форму руки. Когда полимераза продвигается по последовательности ДНК после добавления нуклеотида, взаимодействия с малой бороздкой диссоциируют, но взаимодействия с фосфатным остовом остаются более стабильными, что позволяет быстро повторно связываться с малой бороздкой на следующем нуклеотиде.

Взаимодействию с ДНК также способствуют белки- зажимы ДНК , которые представляют собой мультимерные белки, полностью окружающие ДНК, с которыми они связываются на вилках репликации . Их центральная пора достаточно велика, чтобы вместить нити ДНК и некоторые окружающие молекулы воды, что позволяет зажиму скользить вдоль ДНК, не отделяясь от нее и не ослабляя белок-белковые взаимодействия , поддерживающие тороидальную форму. Когда ДНК-полимераза связана с зажимом ДНК, она значительно более процессивна; без зажима процессивность большинства полимераз составляет всего около 100 нуклеотидов. Взаимодействия между полимеразой и зажимом более устойчивы, чем между полимеразой и ДНК. Таким образом, когда полимераза диссоциирует от ДНК, она все еще связана с зажимом и может быстро повторно ассоциироваться с ДНК. Примером такого зажима ДНК является PCNA (ядерный антиген пролиферирующих клеток), обнаруженный у S. cervesiae .

Полимеразная процессивность

Множественные ДНК-полимеразы играют специализированную роль в процессе репликации ДНК. У E. coli , которая реплицирует весь свой геном из одной репликационной вилки, полимераза ДНК Pol III является ферментом, главным образом ответственным за репликацию ДНК, и образует репликационный комплекс с чрезвычайно высокой процессивностью. Родственная ДНК Pol I обладает экзонуклеазной активностью и служит для разрушения праймеров РНК, используемых для инициации синтеза ДНК. Затем Pol I синтезирует короткие фрагменты ДНК вместо прежних фрагментов РНК. Таким образом, Pol I гораздо менее процессивен, чем Pol III, поскольку его основная функция при репликации ДНК заключается в создании множества коротких участков ДНК, а не нескольких очень длинных участков.

У эукариот , которые имеют гораздо большее разнообразие ДНК-полимераз, инициирующий фермент с низкой процессивностью называется Pol α , а ферменты расширения с высокой процессивностью — Pol δ и Pol ε . И прокариоты , и эукариоты должны «торговать» связанными полимеразами, чтобы осуществить переход от инициации к элонгации. Этот процесс называется полимеразным переключением. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Ссылки

^ Страйер, Л .; Берг, Дж. М.; Тимочко, JL (2002), Биохимия (5-е изд.), Нью-Йорк: WH Freeman, ISBN 0716746840 . § 27.4.4
^ Моралес, Хуан С; Кул, Эрик Т (1999). «Взаимодействия в небольших канавках между полимеразой и ДНК: более важны для репликации, чем водородные связи Уотсона-Крика?» . J Am Chem Soc . 121 (10): 2323–2324. дои : 10.1021/ja983502+ . ПМЦ 2939743 . ПМИД 20852718 .
^ Цуримото, Тошики; Стиллман, Брюс (1991). «Факторы репликации, необходимые для репликации ДНК SV40 in vitro» . J Биол Хим . 266 (3): 1961–1968. дои : 10.1016/S0021-9258(18)52386-3 . ПМИД 1671046 . Проверено 23 ноября 2014 г.
^ Мага, Джованни; Стуки, Мануэль; Спадари, Сильвио; Хюбшер, Ульрих (январь 2000 г.). «Переключение ДНК-полимеразы: I. Фактор репликации C заменяет ДНК-полимеразу α перед загрузкой PCNA». Журнал молекулярной биологии . 295 (4): 791–801. дои : 10.1006/jmbi.1999.3394 . ПМИД 10656791 .

Дальнейшее чтение

Уотсон Дж.Д., Бейкер Т.А., Белл С.П., Ганн А., Левин М., Лосик Р. (2004). Молекулярная биология гена 5-е изд. Бенджамин Каммингс: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор.

Внешние ссылки

https://web.archive.org/web/20060517085321/http://opbs.okstate.edu/~melcher/mg/MGW4/Mg424.html
Бедфорд, Э; Табор, С; Ричардсон, CC (1997). «Тиоредоксин-связывающий домен ДНК-полимеразы бактериофага Т7 придает процессивность ДНК-полимеразе I Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (2): 479–484. Бибкод : 1997PNAS...94..479B . дои : 10.1073/pnas.94.2.479 . ЧВК 19538 . ПМИД 9012809 .
Табор, С; Ричардсон, CC (1987). «Анализ последовательности ДНК с использованием модифицированной ДНК-полимеразы бактериофага Т7» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (14): 4767–4771. Бибкод : 1987PNAS...84.4767T . дои : 10.1073/pnas.84.14.4767 . ПМК 305186 . ПМИД 3474623 .

[1] Страйер, Л .; Берг, Дж. М.; Тимочко, JL (2002), Биохимия (5-е изд.), Нью-Йорк: WH Freeman, ISBN 0716746840 . § 27.4.4

[morales-2] Моралес, Хуан С; Кул, Эрик Т (1999). «Взаимодействия в небольших канавках между полимеразой и ДНК: более важны для репликации, чем водородные связи Уотсона-Крика?» . J Am Chem Soc . 121 (10): 2323–2324. дои : 10.1021/ja983502+ . ПМЦ 2939743 . ПМИД 20852718 .

[tsurimoto-3] Цуримото, Тошики; Стиллман, Брюс (1991). «Факторы репликации, необходимые для репликации ДНК SV40 in vitro» . J Биол Хим . 266 (3): 1961–1968. дои : 10.1016/S0021-9258(18)52386-3 . ПМИД 1671046 . Проверено 23 ноября 2014 г.

[4] Мага, Джованни; Стуки, Мануэль; Спадари, Сильвио; Хюбшер, Ульрих (январь 2000 г.). «Переключение ДНК-полимеразы: I. Фактор репликации C заменяет ДНК-полимеразу α перед загрузкой PCNA». Журнал молекулярной биологии . 295 (4): 791–801. дои : 10.1006/jmbi.1999.3394 . ПМИД 10656791 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]