دی‌ان‌ای پلیمراز

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
DNA-directed DNA polymerase
DNA polymerase.png
3D structure of the DNA-binding helix-turn-helix motifs in human DNA polymerase beta (based on PDB file 7ICG)
شناساگرها
شمارهٔ EC 2.7.7.7
شمارهٔ CAS 9012-90-2
پایگاه‌های داده
IntEnz نمایش IntEnz
BRENDA مدخل BRENDA
ExPASy نمایش NiceZyme
KEGG نمایش KEGG
MetaCyc گذرگاه سوخت‌وساز
PRIAM نمایه
ساختار PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
انتولوژی ژن AmiGO / EGO

دی‌ان‌ای-پلی مرازها (به انگلیسی: DNA Polymerase) یا دنا بسپاراز ، مولکول‌های دی‌ان‌ای را از زیر واحدهای داکسی ریبونوکلئوتید (dNTP)، سنتز می‌کنند. DNAپلی مرازها بیشتر به خاطر نقشی که در همانندسازی دارند شناخته می‌شوند. به طور کلی دو نوع DNAپلی مراز وجود دارد ؛ DNAپلی مرازهای وابسته به الگو و DNAپلی مرازهای غیر وابسته به الگو.

دی‌ان‌ای پلی‌مراز در حال حرکت بر روی یک رشته دی‌ان‌ای

دسته اول رشته جدید DNA را از روی یک رشته الگو (DNAیا RNA) سنتز می‌کنند و دسته دوم برای سنتز رشته جدید، نیازی به الگو ندارند. آنزیم ترانس کرپیتاز معکوس از DNAپلی مرازهای وابسته به الگو می‌باشد و DNA را از روی RNA الگو، سنتز می‌کند.

DNAپلی‌مراز بر روی DNA حرکت می‌کند و با استفاده از نوکلئوتیدهای آزاد که در سیتوپلاسم وجود دارند هر نوکلئوتید را در مقابل نوکلئوتید مکمل خود قرار می‌دهد.

آنزیم DNAپلی‌مراز توانایی دیگری نیز دارد و آن ویرایش است: در صورتی که نوکلئوتید اشتباهی به DNAهای دختر اضافه‌شود، یعنی مکمل نباشد، این آنزیم بازمی‌گردد و نوکلئوتید غلط را جدا و آن را با نوکلئوتید صحیح تعویض می‌کند.

دی‌ان‌ای پلیمراز در سال ۱۹۹۵ کشف شده‌است. این کشف مهم به فهم عمیق‌تری از فرایند همانندسازی، اصلاح خطا و رونوشت کرده است. این کشف هم‌چنین به علم مدرن از طریق ممکن‌سازی استفاده از آن در فرایند PCR کمک کرده‌است. اولین دی‌ان‌ای پلیمراز کشف شده، دی‌ان‌ای پلیمراز اشریشیا کلی بود‌ه‌است. این کشف توسط آرتور کورنبرگ و بقیه‌ی اعضای تیمش اتفاق افتاد. [۱]

نقش دی‌ان‌ای پلیمراز در فرایند همانندسازی[ویرایش]

در فرایند همانندسازی دو آنزیم دی‌ان‌ای پلیمراز همزمان درگیر فعالیت هستند. یکی از آن‌ها درگیر عمل فرایندسازی در رشته‌ی پیشرو و دیگری در رشته‌ی پسرو است. پس از فرایند همانندسازی دو مولکول دی‌ان‌ای تولید می‌شود. در هر یک یکی از رشته‌ها از دی‌ان‌ای قبلی باقی‌ مانده‌است تا اطلاعات به نسل بعد منتقل شوند و رشته‌ی دیگر توسط دی‌ان‌ای پلیمراز همانند‌سازی شده‌است. به این فرایند همانندسازی نیمه‌محتاطانه گفته‌ می‌شود. دو ساختار گیره‌ی لغزنده (sliding clamp) و بارکننده‌ی گیره‌ی لغزنده عملکرد دی‌ان‌ای پلیمراز را هدایت می‌کنند. دو گیره‌ی لغزنده رشته‌های دی‌ان‌ای را دربرمی‌گیرند و به کمک پروتئین‌هایی به نام clamp loader complex محل مناسبی برای وصل شدن دی‌ان‌ای پلیمرازها ایجاد می‌کنند. دو رشته‌ی رو به روی هم در مارپیچ دی‌ان‌ای جهت‌گیری‌های برعکس دارند. این جهت گیری با جهت‌گیری فسفات تعیین می‌شود. یکی از سر 3' به 5' و رشته‌ی دیگر از 5' به 3' است. دی‌ان‌ای پلیمراز فرایند ساخت دی‌ان‌ای را تنها می‌تواند از سر 5' به 3' انجام دهد. از آن‌جا که جهت‌گیری‌های رشته‌های رو به روی هم برعکس هستند، رشته‌ای که از سر 3' به 5' می‌تواند بدون وقفه همانندسازی شود و رشته‌ی پیشرو نام دارد. فرایند همانندسازی در رشته‌ی دیگر به صورت قطعات اکازاکی صورت می‌گیرد. در این رشته‌ بارکننده‌ی گیره‌ی لغزنده باید گیره را به صورت مداوم جدا و به محل جدید متصل کند. [۲]

سرعت همانندسازی اولین بار در اشیریا کلی اندازه‌گیری شد. این سرعت در دمای ۳۷ درجه برابر با ۷۴۹ نوکلئوتید در هر ثانیه است. [۳]

نقش دی‌ان‌ای پلیمراز در فرایند اصلاح خطا[ویرایش]

در حین فرایند همانندسازی بعضی از نوکلئوتید‌ها ممکن است اشتباه جایگیری کنند. دی‌ان‌ای پلیمراز با فعالیت‌های اگزونوکلئاز (برون نوکلئاز) خطاها را از سر 3' به 5' اصلاح می‌کند. [۴] در فرایند همانندسازی خطا هر 10^4 یا 10^5 تا رخ می‌دهد. با فرایند‌های اصلاح خطای انجام شده توسط دی‌ان‌ای پلیمراز، این میزان خطا به 10^8 تا 10^9 کاهش پیدا می‌کند. [۵]

بررسی انواع دی‌ان‌ای پلیمراز در یوکاریوت‌ها[ویرایش]

در یوکاریوت‌ها پنج نوع مختلف از دی‌ان‌ای پلیمرازها کشف شده‌اند: دی‌ان‌ای پلیمرازهای آلفا، بتا، دتا، اپسیلون و زتا. بین این پنج نوع، دی‌ان‌ای پلیمراز نوع آلفا در فرایند همانندسازی نقش دارد اما در فرایند بازبینی و اصلاح خطا نقشی ندارد. در اصلاح خطا با فرایند شکافت بخش آسیب‌دیده‌ی دی‌ان‌ای و انجام دوباره‌ی همانندسازی برای آن بخش، دی‌ان‌ای پلیمراز نوع بتا ایفای نقش می‌کند. دی‌ان‌ای پلیمرازهای دتا و اپسیلون‌ هم در همانندسازی دوباره‌ی بخش حذف شده‌ی دی‌ان‌ای و همچنین اصلاح عدم تطابق‌ها فعالیت دارند. دی‌ان‌ای پلیمراز نوع زتا در کنار گذاشتن آسیب بدون شکاف دادن آن نقش دارد. [۶]

منابع[ویرایش]

  1. Lehman, I. R. (2003-09-12). "Discovery of DNA Polymerase". Journal of Biological Chemistry. 278 (37): 34733–34738. doi:10.1074/jbc.X300002200. ISSN 0021-9258. PMID 12791679.
  2. "DNA Polymerase Function". News-Medical.net. 2019-04-11. Retrieved 2020-06-05.
  3. "DNA replication". Wikipedia. 2020-05-29.
  4. "DNA Polymerase Function". News-Medical.net. 2019-04-11. Retrieved 2020-06-05.
  5. Bębenek, Anna; Ziuzia-Graczyk, Izabela (2018-10-01). "Fidelity of DNA replication—a matter of proofreading". Current Genetics. 64 (5): 985–996. doi:10.1007/s00294-018-0820-1. ISSN 1432-0983. PMC 6153641. PMID 29500597.
  6. Rd, Wood; Mk, Shivji (1997 Apr). "Which DNA Polymerases Are Used for DNA-repair in Eukaryotes?". Carcinogenesis. PMID 9111189. Retrieved 2020-06-05. Check date values in: |تاریخ= (help)
  • زیست‌شناسی و آزمایشگاه ۲ سال سوم آموزش متوسطه
  • Brown TA (۲۰۰۱)Gene Cloning and DNA Analysis: An Introduction. Blackwell Scientific Publication , Oxford .
  • Primrose SB, Twyman RM ,Old RW (۲۰۰۱) Principles of Gne Manipulation ،۶th edn. Blackwell Scientific Publication , Oxford .