University of Zagreb. Faculty of Science. Department of Biology.
Abstract
DNA-polimeraze su kompleksni, multikomponentni enzimi koji kataliziraju reakciju sinteze DNA. One postižu brzine sinteze koje su sukladne fiziološkoj brzini rasta, a uz to postižu relativno visoke stope vjernosti replikacije. Cilj ovog seminara je bio objasniti kako DNA-polimeraze to postižu. Pokazalo se da ovi enzimi to postižu korištenjem različitih domena za polimerizaciju i korekciju, s antagonističkim katalitičkim funkcijama. Možemo izvući općeniti zaključak da su za visoku vjernost sinteze DNA odgovorni komplementarnost baza, inducirano pristajanje i 3’-5’ egzonukleazna aktivnost. Prvo, imamo početnu selekciju pravilnih parova baza na temelju geometrije. Zatim, vezanjem odgovarajućeg nukleotida nastaje konformacijska promjena koja pruža steričku provjeru geometrije para baza, nakon čega slijedi brza ugradnja nukleotida u rastući polimer. Ugradnjom krive baze dolazi do inhibicije ove konformacijske promjene kao i inhibicije polimerizacije, čime se omogućuje prebacivanje novosintetiziranog lanca u mjesto za popravljanje gdje se 3’-5’ egzonukleaznom aktivnošću odstranjuje krivo ugrađena baza. Sveukupna vjernost replikacije dolazi i do vrijednosti od jedne greške na 1010 ugrađenih nukleotida, što je kombinacija selektivnosti u polimerizaciji (105-106) i korektivnoj aktivnosti (103-106). Također, uz polimeraze koje postižu visoku vjernost replikacije imamo i one koje nisu toliko vjerne, ali ni specifične, te su stoga pogodne za replikaciju oštećenih molekula DNA, koju ne mogu provoditi obične DNA-polimeraze. Potrebno je napomenuti da nijedna DNA-polimeraza ne djeluje sama. Replikacija DNA uključuje ogromne komplekse DNA-polimeraza sa mnoštvom pomoćnih proteina koji na razne načine utječu na njenu procesivnost i efikasnost. Budući da kompleksnost polimerizacijskih reakcija in vitro nije ni približna onima u stanici, preostaju nam mnoga istraživanja koja će nam dati jasniju i detaljniju sliku kako zapravo stanice repliciraju svoj genom.DNA-polymerases are complex, multidomain enzymes that catalyze reactions of DNA replication. They achieve rates of synthesis that support physiological growth rates and yet preserve relatively high fidelity. The goal of this seminar was to explain how do they manage to do that. It has been shown that they achieve that by using distinct domains for polymerization and for proofreading, with antagonistic catalytic functions. We can draw general conclusion that high fidelity synthesis of DNA are driven by several factors: complementary base pairing, induced fit and 3’-5’ exonuclease activity. Firsty, initial selection of correct base pair is achieved on the basis of geometry. Then, binding of the correct nucleotide induces conformational change, which provides steric check for the proper base pair geometry, followed by a rapid incorporation of nucleotide into the growing polymer. Mismatch inhibits this conformational change as well as polymerization, allowing the transfer of newly synthesized chain into editing site, where the incorrect base is removed by 3’-5’ exonuclease. The overall fidelity approaches one error in 1010 by a combination of selectivity in polymerization (105-106) and in proofreading (103-104). Also, beside the high fidelity polymerases there are low fidelity ones, which are not so specific, and are therefore suitable for the replication of damaged DNA molecules, which can not be carried out by normal DNA-polymerases. It is necessary to note that no DNA-polymerase works alone. DNA replication involves huge complexes of DNA-polymerases with multitude accessory proteins, which in many ways affect its processivity and efficiency. Since the complexity of polymerization reactions in vitro does not even approximate those in the cell, many research remains to be done that will give us a clearer and more detailed picture of how do cells replicate their own genome
