DNA Polimerazları ve Sentezi
DNA polimerazları, primerlenmiş bir kalıba nükleotit ekleyerek yeni DNA zincirlerini sentezleyen enzimlerdir ve hem genomun kopyalanmasında hem de onarımında merkezi bir rol oynamaktadırlar. Kalıp yönelimli kimyaları, prosesivite (processivity) özellikleri ve yerleşik hata düzeltme mekanizmaları, genetik bilginin ne kadar doğru aktarıldığını birlikte belirlemektedir.
Tanım
DNA'ya bağımlı bir DNA polimeraz, büyüyen bir zincirin 3' ucuna deoksiribonükleotitlerin kalıp yönelimli eklenmesini katalize eden, bir DNA kalıbını 5'-3' yönünde kopyalayan bir enzimdir.
Kapsam
Bu madde, kalıp yönelimli nükleotit eklenmesinin katalitik mekanizmasını, 5'-3' polariteyi ve primer gereksinimini, 3'-5' eksonükleaz aktivitesi ile düzeltme okumasını (proofreading), prosesivite faktörlerini ve replikasyon, onarım ve lezyon ötesi sentez (translesion synthesis) için özelleşmiş farklı polimeraz ailelerinin varlığını kapsamaktadır. Mekanistik bir referans konusudur.
Anahtar kavramlar
- Kalıp yönelimli nükleotit eklenmesi
- Primer ve kalıp gereksinimi
- 5'ten 3'e sentez polaritesi
- Düzeltme okuma (3'ten 5'e eksonükleaz)
- Replikasyon doğruluğu (fidelity)
- Prosesivite (processivity) ve kayar kıskaçlar (sliding clamps)
- Polimeraz aileleri (replikatif, onarım, lezyon ötesi)
Mekanizmalar
DNA polimerazları, bir primer zincirinin serbest 3'-hidroksil ucuna deoksiribonükleozit trifosfatları tek tek eklemektedir; her gelen nükleotidi kalıba Watson-Crick tamamlayıcılığına göre seçmektedir. Bu durum, senteze tanımlanmış 5'-3' yönünü ve hem bir kalıba hem de bir primere bağımlılığını vermektedir. Birçok replikatif polimeraz, yanlış eklenmiş nükleotitleri kesip çıkaran ayrı bir 3'-5' eksonükleaz (düzeltme okuma) aktivitesi taşımaktadır ve bu, hata oranını önemli ölçüde düşürmektedir; kalan yanlış eşleşmeler, yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair) ile düzeltilmekte ve bu mekanizmalar birlikte genel replikasyon doğruluğunu (fidelity) belirlemektedir. Kayar kıskaçlar (sliding clamps) gibi prosesivite faktörleri, polimerazı bağlı tutarak uzun dizileri ayrışmadan kopyalamasına olanak tanımaktadır. Hücreler, farklı rollere sahip birden fazla polimeraz ailesi içermektedir: genom replikasyonu için yüksek doğruluklu enzimler, boşlukları doldurmak ve onarım için özelleşmiş polimerazlar ve hasarlı kalıp bazlarını kopyalayabilen daha düşük doğruluklu lezyon ötesi polimerazlar (translesion polymerases) bulunmaktadır.
Klinik önem
Polimeraz doğruluğu (fidelity) ve bunu destekleyen onarım yolları, genom bütünlüğünün nasıl korunduğunun merkezinde yer almaktadır ve bu aktivitelerdeki kusurlar genom instabilitesi ile ilişkilendirilmektedir. Bu madde referans biyolojisi niteliğindedir ve bireysel klinik kararlar için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Arthur Kornberg'in 1950'lerin sonlarında DNA sentezleyen bir enzimi izole etmesi, DNA replikasyonunun enzim katalizli olduğunu ortaya koymuş ve temel katalitik gereksinimleri tanımlamıştır. Daha sonraki çalışmalar, birden fazla ökaryotik polimerazı ayırt etmiş, düzeltme okuma (proofreading) ve yanlış eşleşme onarımını (mismatch repair) doğruluk (fidelity) belirleyicileri olarak karakterize etmiş ve özelleşmiş lezyon ötesi polimerazları (translesion polymerases) tanımlayarak, iş bölümüne sahip bir enzim ailesinin modern resmini sunmuştur.
Öne çıkan isimler
- Arthur Kornberg
- Thomas Kunkel
- Ulrich Hübscher
- Wei Yang
İlgili konular
Temel eserler
- kornberg-1969
- hubscher-2002
- kunkel-erie-2005
Sıkça sorulan sorular
- Bir DNA polimeraz neden bir primere ihtiyaç duyar?
- DNA polimerazları, yalnızca serbest bir 3'-hidroksile nükleotit ekleyerek mevcut bir zinciri uzatabilmektedir; yeni bir zinciri sıfırdan başlatamamaktadırlar, bu nedenle kısa bir primer (genellikle primaz tarafından yapılan RNA), başlangıçtaki 3' ucunu sağlamaktadır.
- Polimerazlar replikasyonu nasıl doğru tutar?
- Nükleotitleri kalıpla baz eşleşmesi yoluyla seçmektedirler ve birçoğu, devam etmeden önce yanlış bir nükleotidi çıkarmak için 3'-5' eksonükleaz kullanarak düzeltme okuması yapabilmektedir; yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair) daha sonra düzeltme okumasından kaçan hataları düzeltmektedir.