DNA Polimerase dan Sintesis

DNA polimerase adalah enzim yang mensintesis untai DNA baru dengan menambahkan nukleotida ke templat berpriming, dan enzim ini sangat penting baik untuk menyalin genom maupun untuk memperbaikinya. Kimia yang diarahkan templat, prosesivitas, dan koreksi kesalahan bawaan secara bersama-sama menentukan seberapa akurat informasi genetik ditransmisikan.

Definition

DNA polimerase yang diarahkan DNA adalah enzim yang mengkatalisis penambahan deoksiribonukleotida yang diarahkan templat ke ujung 3' dari untai yang sedang tumbuh, menyalin templat DNA dalam arah 5'-ke-3'.

Scope

Entri ini mencakup mekanisme katalitik penambahan nukleotida yang diarahkan templat, polaritas 5'-ke-3' dan kebutuhan akan primer, pembacaan koreksi oleh aktivitas eksonuklease 3'-ke-5', faktor-faktor prosesivitas, dan keberadaan famili polimerase yang berbeda yang terspesialisasi untuk replikasi, perbaikan, dan sintesis translesi. Ini adalah topik referensi mekanistik.

Key concepts

• Penambahan nukleotida yang diarahkan templat
• Kebutuhan akan primer dan templat
• Polaritas sintesis 5' ke 3'
• Pembacaan koreksi (eksonuklease 3' ke 5')
• Fidelitas replikasi
• Prosesivitas dan penjepit geser
• Famili polimerase (replikatif, perbaikan, translesi)

Mechanisms

DNA polimerase menambahkan deoksiribonukleosida trifosfat satu per satu ke gugus 3'-hidroksil bebas dari untai primer, memilih setiap nukleotida yang masuk berdasarkan komplementaritas Watson-Crick ke templat, yang memberikan arah 5'-ke-3' yang terdefinisi pada sintesis dan ketergantungannya pada templat dan primer. Banyak polimerase replikatif membawa aktivitas eksonuklease 3'-ke-5' (pembacaan koreksi) terpisah yang membuang nukleotida yang salah dimasukkan, sangat menurunkan laju kesalahan; ketidakcocokan yang tersisa dikoreksi oleh perbaikan ketidakcocokan, dan bersama-sama mekanisme ini menentukan fidelitas replikasi keseluruhan. Faktor-faktor prosesivitas seperti penjepit geser menjaga polimerase tetap terikat sehingga dapat menyalin bentangan panjang tanpa berdisosiasi. Sel mengandung beberapa famili polimerase dengan peran yang berbeda: enzim fidelitas tinggi untuk replikasi genom, polimerase khusus untuk mengisi celah dan perbaikan, dan polimerase translesi fidelitas rendah yang dapat menyalin melewati basa templat yang rusak.

Clinical relevance

Fidelitas polimerase dan jalur perbaikan yang mendukungnya sangat penting untuk bagaimana integritas genom dipertahankan, dan cacat pada aktivitas ini terkait dengan ketidakstabilan genom. Entri ini adalah biologi referensi dan bukan dasar untuk keputusan klinis individu.

History

Isolasi enzim sintesis DNA oleh Arthur Kornberg pada akhir tahun 1950-an menetapkan bahwa replikasi DNA dikatalisis oleh enzim dan mendefinisikan persyaratan katalitik dasar. Pekerjaan selanjutnya membedakan beberapa polimerase eukariotik, mengkarakterisasi pembacaan koreksi dan perbaikan ketidakcocokan sebagai penentu fidelitas, dan menjelaskan polimerase translesi khusus, memberikan gambaran modern tentang famili enzim dengan pembagian kerja.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Thomas Kunkel
• Ulrich Hübscher
• Wei Yang

Seminal works

• kornberg-1969
• hubscher-2002
• kunkel-erie-2005

Frequently asked questions

Mengapa DNA polimerase membutuhkan primer?

DNA polimerase hanya dapat memperpanjang untai yang sudah ada dengan menambahkan nukleotida ke gugus 3'-hidroksil bebas; mereka tidak dapat memulai untai baru dari awal, sehingga primer pendek (biasanya RNA, dibuat oleh primase) menyediakan ujung 3' awal.

Bagaimana polimerase menjaga akurasi replikasi?

Mereka memilih nukleotida dengan berpasangan basa ke templat dan banyak yang dapat melakukan pembacaan koreksi, menggunakan eksonuklease 3'-ke-5' untuk menghilangkan nukleotida yang salah sebelum melanjutkan; perbaikan ketidakcocokan kemudian mengoreksi kesalahan yang lolos dari pembacaan koreksi.