ДНҚ примазасы: құрылысы, функциясы және ДНҚ көшірмесіндегі ролі
Primase
ДНҚ примаза ферменті – ДНҚ көшірмесінде маңызды рөл атқарады. РНҚ полимераза түрі, примаза ДНҚ-ға бастауша РНҚ тізбегін қосады. ДНҚ көшірмесі, примосома.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер класы ДНК примазасы – ДНК көшірмесіне (репликациясына) қатысатын фермент және РНК полимеразаның бір түрі. Примаза бір тізгілі ДНК (ssDNA) үлгісіне толықтыратын, "праймер" деп аталатын қысқа РНК (немесе кейбір тірі организмдерде ДНК) сегментінің синтезін катализдейді. Осы ұзартудан кейін РНК бөлігі 5'-тен 3'-қа дейінгі экзонуклеазамен алынып тасталады және ДНК-мен толықтырылады.
Class of enzymes
DNA primase is an enzyme involved in the replication of DNA and is a type of RNA polymerase. Primase catalyzes the synthesis of a short RNA (or DNA in some
living organisms) segment called a primer complementary to a ssDNA (single stranded DNA) template. After this elongation, the RNA piece is removed by a 5' to 3' exonuclease and refilled with DNA.
Функция
Бактерияларда примаза ДНК геликазамен байланысып, примосома деп аталатын кешенді құрайды. Геликаза примазаны белсендіреді, содан кейін ол шамамен 11 ± 1 нуклеотид ұзындығындағы қысқа РНК праймерін синтездейді, оған ДНК полимераза жаңа нуклеотидтерді қоса алады. Архея және эукариоттардың примазалары – бір үлкен реттегіш және бір өте кішкентай каталитикалық суббірлігі бар гетеродимерлі ақуыздар. РНК сегменттері алдымен примазамен синтезделеді, содан кейін ДНК полимеразамен ұзартылады. Кейін ДНК полимераза екі примаза суббірлігімен ақуыз кешенін құрап, альфа-ДНК полимераза-примаза кешенін жасайды. Примаза – қателікке бейім және баяу полимеразалардың бірі. Примаза сондай-ақ жетекші тізбектің артта қалған тізбектен озуына жол бермей, репликация шанышқысының қозғалысын тоқтату арқылы тежегіш механизм ретінде де әрекет етеді. Примазадағы жылдамдық шектеуші қадам – РНК-ның екі молекуласы арасындағы алғашқы фосфодиэстерлік байланыстың қалыптасуы. Примаза-геликаза кешені қос спиральды ДНК-ны (қос жіпті ДНК) айналдыру үшін және РНК праймерлерін пайдаланып артта қалған тізбекті синтездеу үшін қолданылады. Функционалдық тұрғыдан ұқсас болғанымен, екі примаза суперайылысы бір-бірінен тәуелсіз дамыған.
In bacteria, primase binds to the DNA helicase forming a complex called the primosome. Primase is activated by the helicase where it then synthesizes a short RNA primer approximately 11 ±1 nucleotides long, to which new nucleotides can be added by DNA polymerase. Archaeal and eukaryote primases are heterodimeric proteins with one large regulatory and one minuscule catalytic subunit. The RNA segments are first synthesized by primase and then elongated by DNA polymerase. Then the DNA polymerase forms a protein complex with two primase subunits to form the alpha DNA Polymerase primase complex. Primase is one of the most error prone and slow polymerases. Primase also acts as a halting mechanism to prevent the leading strand from outpacing the lagging strand by halting the progression of the replication fork. The rate determining step in primase is when the first phosphodiester bond is formed between two molecules of RNA. The primase helicase complex is used to unwind dsDNA (double stranded) and synthesizes the lagging strand using RNA primers While functionally similar, the two primase superfamilies evolved independently of each other.
DnaG
2000 жылы E. coli бактериясындағы, DnaG ақуызын қамтитын ядросы бар примазаның кристалдық құрылымы анықталды. Топприм бүктелісі реттеушілер мен металдарды байланыстыру үшін қолданылады. Примаза металдарды тасымалдау координациясы үшін фосфотрансферлік доменді пайдаланады, бұл оны басқа полимеразалардан ерекшелейді.
The crystal structure of primase in E. coli with a core containing the DnaG protein was determined in the year 2000. The toprim fold is used for binding regulators and metals. The primase uses a phosphotransfer domain for the transfer coordination of metals, which makes it distinct from other polymerases.
АЭП
Эукариоттық және археялық примазалар құрылымы мен жұмыс механизмі тұрғысынан бактериялық примазалардан бір-біріне көбірек ұқсайды. Археялық және эукариоттық примазалар – бір үлкен реттеуші (адамның PRIM2, p58) және бір кішкентай каталитикалық бөлімі (адамның PRIM1, p48/p49) бар гетеродимерлі ақуыздар. Сонымен қатар, тоқтап қалған репликациялық жіптерді қайта іске қосуға да қатысуы мүмкін. Примазалар әдетте рибонуклеотидтерден (НТП) праймерлерді синтездейді; бірақ полимеразалық қабілеттері бар примазалар дезоксирибонуклеотидтерге (dNTP) де жақындық танытады. Терминалдық трансфераза функциясы бар примазалар ДНК тізбегінің 3' ұшына шаблонсыз нуклеотидтер қосуға қабілетті. ДНК репликациясына қатысатын басқа ферменттер, мысалы геликазалар да примаза активтілігін көрсетуі мүмкін.
Eukaryote and archaeal primases tend to be more similar to each other, in terms of structure and mechanism, than they are to bacterial primases. Archaeal and eukaryote primases are heterodimeric proteins with one large regulatory (human PRIM2, p58) and one small catalytic subunit (human PRIM1, p48/p49). and possibly in restarting stalled replication forks. Primases typically synthesize primers from ribonucleotides (NTPs); however, primases with polymerase capabilities also have an affinity for deoxyribonucleotides (dNTPs). Primases with terminal transferase functionality are capable of adding nucleotides to the 3’ end of a DNA strand independently of a template. Other enzymes involved in DNA replication, such as helicases, may also exhibit primase activity.
Эукариоттар мен археяларда
Адамның PrimPol (ccdc111) тоқтап қалған репликация шанышқыларын қайта іске қосуға қатысады. PrimPol ДНК репликациясы мен жөндеуін жеңілдететін адаптерлік белок – RPA арқылы зақымдалған орындарға белсенді түрде тартылады. PriS ғана ДНК тізбектерін синтездейді, бірақ PriL, ірі суббірлікпен бірге, РНК полимераза активтілігі артады. Sulfolobus solfataricus-та примаза гетеродимері PriSL примаза, полимераза және терминал трансфераза ретінде әрекет ете алады. PriSL NTP арқылы праймер синтезін бастап, кейін dNTP-ге ауысады деп саналады. Фермент РНК немесе ДНК тізбектерін полимерлей алады, ДНК өнімдері 7000 нуклеотидке (7 кб) дейін жетеді. Бұл екі функцияның болуы архея примазаларының жалпы қасиеті болуы мүмкін деген пікір бар.
Human PrimPol (ccdc111 and in restarting stalled replication forks. PrimPol is actively recruited to damaged sites through its interaction with RPA, an adapter protein that facilitates DNA replication and repair. PriS alone preferentially synthesizes strings of DNA; but in combination with PriL, the large subunit, RNA polymerase activity is increased. In Sulfolobus solfataricus, the primase heterodimer PriSL can act as a primase, polymerase, and terminal transferase. PriSL is thought to initiate primer synthesis with NTPs and then switch to dNTPs. The enzyme can polymerize RNA or DNA chains, with DNA products reaching as long as 7000 nucleotides (7 kb). It is suggested that this dual functionality may be a common feature of archaeal primases.
Вирустар мен плазмидтерде
АЭП ферменттері кең таралған, оларды вирустар/фагтар мен плазмидтер сияқты жылдам қозғалатын генетикалық элементтерде кездестіруге болады. Олар оларды жалғыз репликациялық белок ретінде немесе геликазалар және сирек жағдайларда ДНК полимеразалар сияқты басқа репликациямен байланысты белоктармен бірге қолданады. Эукариоттық және археялық вирустарда АЭП-тің болуы олардың иелеріне ұқсас екендігін көрсетеді, ал салыстырмалы геномикалық зерттеулер әртүрлі бактериялық плазмидтерде АЭП отбасыларының кең түрлілігін ашты. Вакциния вирусының D5 және HSV примазасы да АЭП геликазалық қосылысының мысалдары болып табылады. PolpTN2 – TN2 плазмидінде табылған археялық примаза. PriS және PriL-ге гомологты домендердің бірігуінен тұрады, ол примаза және ДНК полимераза активтілігін, сондай-ақ терминалдық трансфераза функциясын көрсетеді. Көптеген примазалардан айырмашылығы, PolpTN2 тек dNTP-дан тұратын праймерлерді құрайды. Күтпегендей, PriL-ге ұқсас домен қысқартылғанда, PolpTN2 РНК матрицасында ДНК синтездеуге қабілетті болды, яғни РНК-ға тәуелді ДНК полимераза (реверс транскриптаза) ретінде жұмыс істеді. DnaG примазалары да дұрыс домендер болған жағдайда қосымша функцияларды орындай алады. T7 фагының gp4 – DnaG примазасының геликазалық қосылысы, және ол репликация кезінде екі функцияны да атқарады.
AEP enzymes are widespread, and can be found encoded in mobile genetic elements including virus/phages and plasmids. They either use them as a sole replication protein or in combination with other replication associated proteins, such as helicases and, less frequently, DNA polymerases. Whereas the presence of AEP in eukaryotic and archaeal viruses is expected in that they mirror their hosts, A great diversity of AEP families has been uncovered in various bacterial plasmids by comparative genomics surveys. Vaccinia virus D5 and HSV Primase are examples of AEP helicase fusion as well. PolpTN2 is an Archaeal primase found in the TN2 plasmid. A fusion of domains homologous to PriS and PriL, it exhibits both primase and DNA polymerase activity, as well as terminal transferase function. Unlike most primases, PolpTN2 forms primers composed exclusively of dNTPs. Unexpectedly, when the PriL like domain was truncated, PolpTN2 could also synthesize DNA on the RNA template, i. e., acted as an RNA dependent DNA polymerase (reverse transcriptase). Even DnaG primases can have extra functions, if given the right domains. The T7 phage gp4 is a DnaG primase helicase fusion, and performs both functions in replication.