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DNA-Polymerase I (Pol I)
DNA-Polymerase I (oder Pol I ) ist ein Enzym, das am Prozess der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt ist. Sie wurde 1956 von Arthur Kornberg entdeckt und war die erste bekannte DNA-Polymerase (und die erste bekannte Polymerase). Es wurde ursprünglich in E. coli charakterisiert und ist in Prokaryonten ubiquitär.
In E. coli und vielen anderen Bakterien ist das Gen, das Pol I kodiert, als polA bekannt . Als wichtiger Prototyp für diese Enzymfamilie dient die DNA-Polymerase I von Escherichia coli , die erste entdeckte und auch strukturell untersuchte DNA-Polymerase.
Die E. coli- Form des Enzyms besteht aus 928 Aminosäuren und ist ein Beispiel für ein prozessives Enzym – es kann nacheinander mehrere Polymerisationen katalysieren, ohne das einzelsträngige Templat freizusetzen. Die physiologische Funktion von Pol I besteht hauptsächlich darin, Schäden mit DNA zu reparieren, aber es dient auch dazu, Okazaki-Fragmente zu verbinden, indem RNA-Primer entfernt und der Strang durch DNA ersetzt wird.
Die bakteriellen DNA-Polymerase-I-Enzyme sind multifunktional, mit drei unterschiedlichen enzymatischen Aktivitäten, die auf drei separaten Strukturdomänen lokalisiert sind. Neben der Polymerase-Aktivität gibt es eine 3′–5′-Exonuklease, die zum Korrekturlesen von Polymerase-Fehlern dient, und eine strukturspezifische 5′-Nuklease, die einen DNA-Strang vor der Stelle der Polymerase-Addition während der Synthese auf doppelsträngigen . entfernen kann DNA.
Alle drei enzymatischen Aktivitäten beinhalten Phosphoryltransferreaktionen und hängen von zweiwertigen Metallionen ab, die über Carboxylatliganden an jedem aktiven Zentrum gebunden sind. Umfangreiche kinetische Studien haben zusammen mit Cokristallstrukturen von DNA-Polymerasen mit gebundenen Substraten zu unserem Verständnis des Reaktionswegs der Polymerase beigetragen. Dem chemischen Schritt der Nukleotidaddition gehen mehrere Konformationsübergänge voraus, die zur hervorragenden Spezifität und geringen Fehlerrate von DNA-Polymerasen beitragen.
Was Sie über DNA-Polymerase I wissen müssen
- DNA-Polymerase I, auch als Pol I bezeichnet, dient hauptsächlich dazu, kurze DNA-Abschnitte während der Exzisionsreparatur zu synthetisieren und RNA-Primer zu entfernen und die Lücken zwischen Okazaki-Fragmenten bei der Replikation des verzögerten Strangs zu füllen.
- Es wurde 1956 von Arthur Kornberg entdeckt.
- DNA-Polymerase 1 wird vom polyA- Gen kodiert .
- Es gehört zur DNA-Polymerase-Familie A.
- DNA-Polymerase entfernt den RNA-Primer.
- Es hat sowohl 3′-zu-5′-Exonuklease-Aktivität als auch 5′-zu-3′-Exonuklease-Aktivität.
- DNA-Polymerase 1 kann 10 bis 20 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen.
- Es wirkt nur auf den nacheilenden Strang.
- DNA-Polymerase 1 fügt der wachsenden Polynukleotidkette Nukleotide hinzu.
- Es entfernt den RNA-Primer von 5′ nach 3′ Richtung.
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DNA-Polymerase III
DNA-Polymerase III-Holoenzym ist der primäre Enzymkomplex, der an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt ist. Es wurde 1970 von Thomas Kornberg (Sohn von Arthur Kornberg) und Malcolm Gefter entdeckt . DNA-Polymerase III-Holoenzym (Pol III HE) ist ein Enzym, das die Verlängerung von DNA-Ketten während der bakteriellen chromosomalen DNA-Replikation katalysiert. Bakterienzellen enthalten mehrere verschiedene DNA-Polymerasen.
Als primäres Holoenzym, das an der Replikationsaktivität beteiligt ist, besitzt das DNA Pol III Holoenzym auch Korrekturlesefähigkeiten, die Replikationsfehler durch Exonukleaseaktivitätslesen von 3’→5′ und Synthese von 5’→3′ korrigiert. DNA Pol III ist ein Bestandteil des Replisoms, das sich an der Replikationsgabel befindet.
In Escherichia coli wurden fünf DNA-Polymerasen gefunden und in der Reihenfolge ihrer Entdeckung als DNA-Polymerase (I, II, III, IV, V) bezeichnet. Die Hauptfunktion der dritten Polymerase, Pol III, ist die Verdoppelung der chromosomalen DNA, während andere DNA-Polymerasen hauptsächlich an der DNA-Reparatur und der Transläsions-DNA-Synthese beteiligt sind. Pol III HE ist zusammen mit einer DNA-Helikase und einer Primase am Replikationsapparat beteiligt, der an der Replikationsgabel agiert.
Im Gegensatz zu anderen bakteriellen DNA-Polymerasen ist Pol III HE ein Komplex aus mehreren Untereinheiten, in den zwei katalytische Untereinheiten, der sogenannte Pol III-Kern, mit mehreren anderen Hilfsuntereinheiten eingebettet sind. Die kooperative und koordinierte Wirkung dieser Untereinheiten ermöglicht es Pol III HE, als chromosomale Replikase zu fungieren und gleichzeitig die führenden und nacheilenden DNA-Stränge zu synthetisieren. Die DNA-Synthese von Pol III HE zeichnet sich auch durch eine schnelle Kettenverlängerungsreaktion, hohe Prozessivität und hohe Genauigkeit aus, die alle für die chromosomale DNA-Replikation unerlässlich sind.
Was Sie über DNA-Polymerase III wissen müssen
- DNA-Polymerase III-Holoenzym (Pol III HE) ist ein Enzym, das die Verlängerung von DNA-Ketten während der bakteriellen chromosomalen DNA-Replikation katalysiert.
- Es wurde 1970 von Thomas Kornberg und Malcolm Gefter entdeckt.
- DNA-Polymerase 3 wird von dnaE-, dnaQ- und Hole-Genen kodiert.
- Es gehört zur DNA-Polymerase-Familie C.
- DNA-Polymerase 3 benötigt einen RNA-Primer, um die DNA zu synthetisieren
- Es hat nur 3′ bis 5′ Exonuklease-Aktivität.
- DNA-Polymerase 3 kann etwa 100 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen.
- Es wirkt sowohl auf führende als auch auf nachlaufende Stränge der Replikationsgabel.
- DNA-Polymerase 3 ist das Schlüsselenzym für die Synthese von DNA in Prokaryonten.
- Es fügt Desoxyribonukleinsäure am 3′-Ende hinzu.
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Unterschied zwischen DNA-Polymerase I und III in Tabellenform
| VERGLEICHSGRUNDLAGE | DNA-Polymerase I | DNA-Polymerase III |
| Beschreibung | DNA-Polymerase I, auch als Pol I bezeichnet, dient hauptsächlich dazu, kurze DNA-Abschnitte während der Exzisionsreparatur zu synthetisieren und RNA-Primer zu entfernen und die Lücken zwischen Okazaki-Fragmenten bei der Replikation des verzögerten Strangs zu füllen. | DNA-Polymerase III-Holoenzym (Pol III HE) ist ein Enzym, das die Verlängerung von DNA-Ketten während der bakteriellen chromosomalen DNA-Replikation katalysiert. |
| Entdeckung | Es wurde 1956 von Arthur Kornberg entdeckt. | Es wurde 1970 von Thomas Kornberg und Malcolm Gefter entdeckt. |
| Codierung | Es wird vom polyA- Gen kodiert . | Es wird von DNAE-, DNAQ- und Hole-Genen kodiert. |
| Familie | Es gehört zur DNA-Polymerase-Familie A. | Es gehört zur DNA-Polymerase-Familie C. |
| RNA-Primer | Es entfernt den RNA-Primer. | Es erfordert einen RNA-Primer, um die DNA zu synthetisieren. |
| Exonuklease- Aktivität | Es hat sowohl 3′-zu-5′-Exonuklease-Aktivität als auch 5′-zu-3′-Exonuklease-Aktivität. | Es hat nur 3′ bis 5′ Exonuklease-Aktivität. |
| Nukleotid-Addition | Es kann 10 bis 20 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen. | Es kann etwa 100 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen. |
| Aktion | Es wirkt nur auf den nacheilenden Strang. | Es wirkt sowohl auf führende als auch auf nachlaufende Stränge der Replikationsgabel. |
| Rolle | Es fügt der wachsenden Polynukleotidkette Nukleotide hinzu. | Es ist das Schlüsselenzym für die Synthese von DNA in Prokaryonten. |
| Funktion | Es entfernt den RNA-Primer von 5′ nach 3′ Richtung. | Es fügt Desoxyribonukleinsäure am 3′-Ende hinzu. |