डीएनए पॉलीमरेज़ और प्रतिकृति निष्ठा

वे एंजाइम जो नया डीएनए बनाते हैं, और स्तरित तंत्र — आधार चयन, प्रूफरीडिंग और बेमेल सुधार — जो प्रतिलिपि त्रुटियों को असाधारण रूप से दुर्लभ रखते हैं।

Definition

डीएनए पॉलीमरेज़ वे एंजाइम हैं जो बढ़ते स्ट्रैंड में डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड के टेम्पलेटेड जोड़ को उत्प्रेरित करते हैं; प्रतिकृति निष्ठा न्यूक्लियोटाइड चयन, प्रूफरीडिंग और बेमेल मरम्मत की संयुक्त सटीकता को संदर्भित करती है जो यह निर्धारित करती है कि गलत आधार कितनी दुर्लभता से स्थायी रूप से शामिल होता है।

Scope

यह विषय डीएनए पॉलीमरेज़ के उत्प्रेरक गुणों और उच्च प्रतिकृति सटीकता उत्पन्न करने वाले कई सुरक्षा उपायों को शामिल करता है। यह न्यूक्लियोटाइड चयन ज्यामिति, 3'→5' प्रूफरीडिंग एक्सोन्यूक्लिज़, समग्र निष्ठा में प्रतिकृति-पश्चात बेमेल मरम्मत के योगदान, और पॉलीमरेज़ परिवारों (प्रतिकृति, मरम्मत, और ट्रांसलेज़न) की विविधता को संबोधित करता है। यह व्यक्तिगत घावों के संरचनात्मक विवरण को कवर नहीं करता है, जो मरम्मत मार्गों से संबंधित है।

Core questions

• एक पॉलीमरेज़ प्रत्येक स्थिति में जोड़ने के लिए सही न्यूक्लियोटाइड का चयन कैसे करता है?
• प्रूफरीडिंग क्या है और यह सटीकता में कितना सुधार करती है?
• संश्लेषण के बाद बेमेल मरम्मत निष्ठा की एक और परत कैसे जोड़ती है?
• कोशिकाओं में विभिन्न भूमिकाओं वाले कई अलग-अलग पॉलीमरेज़ क्यों होते हैं?

Key theories

स्तरित निष्ठा मॉडल

समग्र प्रतिकृति सटीकता तीन चरणों का उत्पाद है — सही आधार का ज्यामितीय चयन, गलत शामिल आधारों का 3'→5' एक्सोन्यूक्लियोलिटिक प्रूफरीडिंग, और प्रतिकृति-पश्चात बेमेल मरम्मत — प्रत्येक पिछले की सटीकता को गुणा करता है।

पॉलीमरेज़ कार्य विभाजन

विशिष्ट पॉलीमरेज़ परिवार विशिष्ट कार्य करते हैं — उच्च-निष्ठा प्रतिकृति संश्लेषण, मरम्मत के दौरान गैप भरना, और क्षति के बाद कम-निष्ठा ट्रांसलेज़न संश्लेषण — ताकि एक एंजाइम को परस्पर विरोधी मांगों के लिए अनुकूलित न करना पड़े।

Mechanisms

एक प्रतिकृति पॉलीमरेज़ अपने सक्रिय स्थल में एक आने वाले न्यूक्लियोटाइड को स्थान देता है, जहाँ कुशल उत्प्रेरण के लिए सही वाटसन-क्रिक ज्यामिति की आवश्यकता होती है, जिससे प्रारंभिक चयनात्मकता मिलती है। जब कभी-कभी एक गलत न्यूक्लियोटाइड जोड़ा जाता है, तो विकृत प्राइमर टर्मिनस को एक अलग 3'→5' एक्सोन्यूक्लिज़ साइट पर भेजा जाता है जो संश्लेषण फिर से शुरू होने से पहले उसे हटा देता है। प्रूफरीडिंग से बचने वाली त्रुटियाँ एक क्षणिक बेमेल छोड़ देती हैं जिसे बेमेल मरम्मत प्रणाली पहचानती है, नए बने स्ट्रैंड से हटा देती है, और फिर से संश्लेषित करती है, जिससे शुद्ध सटीकता कई गुना बढ़ जाती है।

Clinical relevance

प्रूफरीडिंग या बेमेल मरम्मत में वंशानुगत दोष उत्परिवर्तन दरों को बढ़ाते हैं और कुछ कैंसर के प्रति संवेदनशीलता पैदा करते हैं, और इंजीनियर उच्च-निष्ठा पॉलीमरेज़ डीएनए अनुक्रमण और प्रवर्धन में मुख्य अभिकर्मक हैं। इसे महत्व के रूप में प्रस्तुत किया गया है, न कि नैदानिक या निदान संबंधी मार्गदर्शन के रूप में।

History

1950 के दशक में आर्थर कॉर्नबर्ग द्वारा डीएनए पॉलीमरेज़ I का अलगाव प्रतिकृति के एंजाइम विज्ञान को खोल दिया; बाद के काम ने प्रतिकृति पॉलीमरेज़ को मरम्मत और ट्रांसलेज़न पॉलीमरेज़ से अलग किया और आधुनिक ग्रंथों में वर्णित बहुत कम त्रुटि दर में प्रूफरीडिंग और बेमेल मरम्मत के योगदान को निर्धारित किया।

Key figures

• Arthur Kornberg
• Thomas Kunkel

Seminal works

• watson2013
• alberts2014

Frequently asked questions

पॉलीमरेज़ प्रूफरीडिंग क्या है?

एक अंतर्निर्मित 3'→5' एक्सोन्यूक्लिज़ गतिविधि जो संश्लेषण जारी रहने से पहले, गलत तरीके से जोड़े गए न्यूक्लियोटाइड को तुरंत हटा देती है।

क्या सभी डीएनए पॉलीमरेज़ समान रूप से सटीक होते हैं?

नहीं। प्रतिकृति पॉलीमरेज़ अत्यधिक सटीक होते हैं, जबकि विशेष ट्रांसलेज़न पॉलीमरेज़ क्षतिग्रस्त आधारों के बाद प्रतिलिपि बनाने की क्षमता के लिए सटीकता का त्याग करते हैं।