Введение
Класс ферментов ДНК-полимераза ДНК-полимераза II (также известная как ДНК-полимер II или Полимер II) - это прокариотическая ДНК-зависимая ДНК-полимераза, кодируемая геном PolB. ДНК-полимераза II представляет собой белок 89,9 кДа и является членом семейства B ДНК-полимераз. Первоначально он был изолирован Томасом Корнбергом в 1970 году и характеризован в течение следующих нескольких лет. Функциональность Pol II in vivo обсуждается, но все же консенсус показывает, что Pol II в основном участвует в качестве резервного фермента в репликации ДНК прокариотов. Энзим обладает способностью синтезировать 5′→3′ ДНК, а также 3′→5′ экзонуклеазой. ДНК Pol II взаимодействует с несколькими связующими партнерами, общими для ДНК Pol III, чтобы повысить его точность и процессивность. Несколько исследований с участием этого изолированного фермента показали, что ДНК поли I, скорее всего, участвует в репликации и не является основной репликационной полимеразой. Для того, чтобы лучше понять роль ДНК поли I in vivo, мутанты E. coli, дефицитные в этом ферменте (называемые Pol A1−), были получены в 1969 году Де Люсией и Кэрнсом. Как было описано, этот новый мутантный штамм был более чувствителен к ультрафиолетовому свету, подтверждая гипотезу, что ДНК поли I участвует в репликации. Мутант рос с той же скоростью, что и дикий тип, что указывает на наличие другого фермента, ответственного за репликацию ДНК. Последовала изоляция и характеристика этой новой полимеразы, участвующей в полуконсервативной репликации ДНК, в параллельных исследованиях, проведенных несколькими лабораториями. ДНК pol II впервые была кристаллизована Андерсоном и др. В 1994 году. В 2023 году было сообщено, что ускоренная транскрипция, связанная со старением, заставляет Pol II делать больше ошибок, что приводит к дефектным копиям, которые могут вызвать многочисленные заболевания.
the DNA polymerase
DNA polymerase II (also known as DNA Pol II or Pol II) is a prokaryotic DNA dependent DNA polymerase encoded by the PolB gene. DNA Polymerase II is an 89.9 kDa protein and is a member of the B family of DNA polymerases. It was originally isolated by Thomas Kornberg in 1970, and characterized over the next few years. The in vivo functionality of Pol II is under debate, yet consensus shows that Pol II is primarily involved as a backup enzyme in prokaryotic DNA replication. The enzyme has 5′→3′ DNA synthesis capability as well as 3′→5′ exonuclease proofreading activity. DNA Pol II interacts with multiple binding partners common with DNA Pol III in order to enhance its fidelity and processivity. Several studies involving this isolated enzyme indicated that DNA pol I was most likely involved in repair replication and was not the main replicative polymerase. In order to better understand the in vivo role of DNA pol I, E. coli mutants deficient in this enzyme (termed Pol A1−) were generated in 1969 by De Lucia and Cairns. As characterized, this new mutant strain was more sensitive to ultraviolet light, corroborating the hypothesis that DNA pol I was involved in repair replication. The mutant grew at the same rate as the wild type, indicating the presence of another enzyme responsible for DNA replication. The isolation and characterization of this new polymerase involved in semiconservative DNA replication followed, in parallel studies conducted by several labs. DNA pol II was first crystallized by Anderson et al. in 1994. In 2023 it was reported that ageing related accelerated transcription causes Pol II to make more mistakes, leading to flawed copies that can cause numerous diseases.
Структура
ДНК Pol II представляет собой 89,9 кД белок, состоящий из 783 аминокислот, кодируемый геном polB (dinA). Глобулярный белок, ДНК Pol II функционирует как мономер, тогда как многие другие полимеразы образуют комплексы. Существует три основных секции этого мономера, в разговорной речи называемые ладонью, пальцами и большим пальцем. Эта "рука" закрывается вокруг нити ДНК. В ладони комплекса содержится три каталитических остатка, которые будут координироваться с двумя двузначными ионами металла для того, 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.
Сходство с другими полимеразами группы В
Большинство полимераз были сгруппированы в семьи на основе схожей структуры и функции. ДНК Pol II попадает в группу B вместе с человеческой ДНК Pol α, δ, ε и ζ. Все они являются гомологами RB69, 9°N 7 и Tgo. Другие члены группы B имеют по крайней мере одну другую подединицу, которая делает ДНК Pol II уникальной.
Подтверждено
Полимеразы все участвуют в репликации ДНК в некотором роде, синтезируя цепочки нуклеиновых кислот. Репликация ДНК является важным аспектом пролиферации клетки. Без копирования ДНК клетка не может делиться и передавать генетическую информацию потомству. У прокариотов, таких как E. coli, ДНК Pol III является основной полимеразой, участвующей в репликации ДНК. Хотя ДНК Pol II не является основным фактором репликации хромосом, она выполняет и другие функции. ДНК-поли II 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 имеет связанную 3′→5′ экзонуклеазовую активность вместе с примазовой активностью. DNA Pol II - высокопреобразующий фермент с частотой ошибок замещения ≤ 2 × 10−6 и частотой ошибок смещения кадров −1 ≤ 1 × 10−6. DNA Pol II может корректировать и обрабатывать несоответствия, вызванные Pol III. Banach Orlowska et al. В результате исследования было показано, что ДНК Pol II участвует в репликации, но она зависит от цепи и предпочтительно реплицирует отстающую цепь. Предлагаемый механизм предполагает, что когда ДНК Pol III задерживается или становится нефункциональной, то ДНК Pol II может быть специально привлечена к точке репликации и продолжить репликацию. Для того, чтобы исправить ошибку в последовательности, ДНК Pol II каталитизирует восстановление нуклеотидных пар оснований. Исследования in vitro показали, что Pol II иногда взаимодействует с аксессуарными белками Pol III (β-клепка и комплекс загрузки клепки), что дает Pol II доступ к растущей зарождающейся нити. Что касается функции ДНК Pol II во время репликации ДНК, это имеет смысл, поскольку любые ошибки, которые производит Pol III, будут в растущей нити, а не в консервативной нити. N-терминальный домен ДНК Pol II отвечает за ассоциацию и диссоциацию нити ДНК с каталитической подединицей. Скорее всего, в N-терминальном домене ДНК Pol II есть два участка, которые распознают одноцепочечную ДНК. Один сайт (s) отвечает за рекрутинг одноцепочечной ДНК в ДНК Pol II, а другой сайт (s) отвечает за диссоциацию одноцепочечной ДНК из ДНК Pol II. При связывании субстрата ДНК Pol II связывает нуклеозидные трифосфаты для поддержания водородно-связанной структуры ДНК. Затем правильный dNTP связывается, и ферментный комплекс претерпевает конформационные изменения поддоменов и аминокислотных остатков. Эти конформационные изменения позволяют быстро восстанавливать синтез. Активный участок содержит два иона Mg2+, которые стабилизируются каталитическими аспарагиновыми кислотами D419 и D547. Ионы магния связываются с ДНК вместе с dNTP в открытом состоянии и координируют конформационные изменения остатков аминокислот в активном месте для того, чтобы произошел катализатор (закрытое состояние). После выпуска ионов магния фермент возвращается в открытое состояние.
Прокариотические
Полимераза ДНК II является членом семейства полимераз B и поддерживает полимеразу III в репликации ДНК, переходящей от 3'-конца до 5'-конца. В случае, когда полимераза III задерживается во время ошибки репликации, полимераза II может прервать и устранить несоответствующие основания. Полимераза II имеет гораздо более высокий коэффициент точности, чем полимераза III, что означает, что она гораздо реже создает неправильные спаривания. Без корректировки полимеразой II полимераза III расширяет неправильные спаривания и таким образом создает мутацию. Помимо защиты 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 работает для восстановления несоответствующих пар оснований, начиная с 3'-конца. Полимераза II защищает 3'-конец от полимеразы IV и блокирует его действие. Эта защита предотвращает образование мутаций, пока полимераза II функционирует нормально. Если полимераза II выбивается из строя в результате мутации или отключается из-за других факторов, полимераза IV займет ее место для фиксации неправильно спаренных оснований.
Эукариотические
Хотя полимераза II не будет функционировать естественным образом в сочетании с эукариотическими членами семейства B, у нее есть схожие структурные и функциональные мотивы. Члены семейства B включают полимеразы α, ε, ζ и δ. Все эти полимеразы выполняют функцию корректировки вновь синтезированной ДНК в направлении 3′ → 5′. Эти полимеразы способны синтезировать ДНК как на ведущих, так и на отстающих нитках. Этот класс полимераз имеет тенденцию быть очень точным, что позволяет им исправлять любые неправильные соединения, которые возникают во время синтеза ДНК.
Регулирование
ДНК-полимераза II в клетке встречается в естественном виде в количестве, которое обычно в пять раз превышает количество полимеразы III. Это большее количество позволяет полимеразе II одолеть полимеразу III в случае неправильного спаривания. Это количество может быть увеличено при стимуляции ответа SOS, который повышает регуляцию гена polB, поэтому количество полимеразы II увеличивается примерно в семь раз. Хотя полимераза II может работать на обоих низах, было показано, что она предпочитает отстающую нить по сравнению с ведущей нитью.