Back to chapter

6.8:

Replizom

JoVE Core
Biologia Molecular
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Biologia Molecular
The Replisome

Idiomas

COMPARTILHAR

DNA replikasyonu, DNA replikasyon makinesi veya replizom olarak da bilinen ve DNA replikasyonunun verimliliğini artıran, yüksek düzeyde koordineli bir multiprotein grubu tarafından gerçekleştirilir. Makinenin temel bileşenleri helikaz, tek zincirli DNA bağlayıcı proteinler, DNA primaz, kayma kelepçeleri, bir kelepçe yükleyici ve çok sayıda DNA polimerazdır;bunlar replikasyon çatalı yakınında bir araya gelir. Replikatif DNA polimerazlar, yaklaşık 10 nükleotidlik bir prosesiviteye sahiptir;prosesivite, şablon zincirden ayrılmadan önce yavru zincire ekleyebileceği nükleotid sayısıdır.Bu, tüm genomları makul bir zaman diliminde kopyalamak için çok yetersizdir ve bu sorun, kayan kelepçe proteinleri yardımıyla çözülür. ATP, kelepçe yükleyici protein ile birleştiğinde, kayan kelepçeye bağlanır ve onu açar;böylece kelepçenin halkamsı yapısı, primer-şablon DNA kompleksini çevreleyebilir. Bağlandıktan sonra, kelepçe yükleyici, ATP’yi ADP’ye hidrolize ederek kelepçe yükleyicinin ayrılmasına ve kelepçenin DNA etrafında kapanmasına neden olur.Daha sonra DNA polimeraz, kelepçe proteinlerine bağlanır. Ve birlikte şablon DNA boyunca kayarak, DNA polimerazı zincire bağlarlar ve prosesivitesini 1.000 nükleotide kadar yükseltirler. Bu yükseltilmiş prosesivite, DNA polimerazın öncü zincir üzerinde sürekli DNA replikasyonu gerçekleştirmesine izin verir.Bununla birlikte, gecikmeli zincir şablonunda, başka bir DNA polimeraz, DNA polimeraz moleküllerinin öncü ve gecikmeli zincirleri aynı anda sentezlemesine izin verecek şekilde aralıklı DNA replikasyonu gerçekleştirir. Bu proses bazen trombon modeli olarak tanımlanır. DNA polimeraz, bir RNA primerinden Okazaki fragmenti sentezini başlattığında, gecikmeli zincir ve onun şablonu zincir bir halka oluşturur.Helikaz, DNA’nın sarımını çözerken DNA halkası her iki yönden de büyür ve gecikmeli zincir sentezlenir. DNA polimeraz bir sonraki RNA primeriyle karşılaştığında, şablon zincirden ayrılır. Bu arada, primaz, gecikmeli zincire başka bir primer ekler.Ve büyüyen DNA halkası serbest bırakılır. Kelepçe ve kelepçe yükleyici proteinler, DNA polimerazın primer eklenmiş DNA şablonu ile hızla tekrar birleşmesine izin verir. DNA halkasının oluşumu ve takip eden dağılması, her yeni Okazaki fragmenti sentezinde tekrarlanır.

6.8:

Replizom

DNA replikasyonu, yüksek kalitede DNA replikasyonuna ulaşmak için koordineli bir konuda hareket eden büyük bir protein kompleksi tarafından gerçekleştirilir. Birlikte, bu kompleks DNA replikasyon mekanizması veya yürütme olarak bilinir.

Önde gelen ve gecikmeli ipliklerin sentezi oldukça koordineli bir süreçtir. Bunu açıklamak için, "Trombon Modeli" 1980'de Bruce Alberts tarafından önerildi. DNA döngü oluşumu, ana gecikmeli iplikçik üzerinde bir primer sentezlendiğinde başlar. Döngü, bir Okazaki fragmanının sentezi ile büyür ve sonunda fragmanın sentezi sona erdiğinde çözülür. DNA polimeraz daha sonra başka bir primere bağlanır ve döngü oluşumundan çökmeye kadar tüm döngü tekrarlanır. Yürütme, tüm faaliyetlerin bir çoğaltma makine kompleksi olarak koordine edilmesini sağlar.

Yürütme bileşenleri

Helikazlar gevşer ve çift sarmallı DNA'yı ayırır.Bu enzimler prokaryotlarda tek bir heksamer halkası ve ökaryotlarda çift heksamer halkası olarak bulunur. Ökaryotik helikazlar, işlev görmek için ek proteinlere, Cdc45 ve GİNS'E bağlıdır.  Tek iplikli DNA bağlama (SSB) proteinleri DNA iplikçiklerinin yeniden canlanmasını engeller.  Prokaryotlarda Ssb'ler tek bir alt birimden oluşurken, ökaryotlarda replikasyon proteini A (RPA) olarak bilinen heterotrimerik bir proteindir.

Primaz, DNA sentezinin ortaya çıkacağı yere bir RNA astarı ekler. Prokaryotlarda, primase, yaklaşık 12 nükleotidin bir RNA primerini sentezleyen DNAG adı verilen tek bir alt birim enzim olarak bulunur.  Ökaryotlarda, bir Multisubunit Enzimi, DNA polimeraz-α primazında, yaklaşık 25 nükleotidin bir RNA-DNA hibrit primerini sentezler. Polimeraz-α ek olarak, replikatif polimeraz yeni sentezlenen DNA'yı uzatır. Tek tip çoğaltıcı polimeraz, DNA polimeraz III, prokaryotlarda bulunurken, ökaryotlarda sırasıyla önde gelen iplikçik ve gecikmeli iplik sentezi için iki farklı çoğalıcı polimeraz türü, Pol ε ve Pol δ bulunur. 

Sliding Kelepçe proteinleri polimerazları DNA şablonuna bağlı tutar.  Homodimerik bir protein kelepçe-β, prokaryotlarda kelepçe olarak işlev görür. Ökaryotlarda, aynı görev, homotrimerik bir protein, hücre nükleer antijenini (PCNA) proliferatifleştirilerek yapılır. Sürgülü kelepçenin merkezi gözeneği pozitif yüklüdür, bu da DNA'nın negatif yüklü fosfat omurgası ile elektrostatik etkileşime sahip olmasını sağlar. Kelepçe, bir kelepçe Yükleyici ile DNA'ya bağlanır. Bu pentamerik proteinler AAA + ATPaz sınıfına aittir. Ökaryotik kelepçe yükleyici replikasyon faktörü C olarak bilinirken, Prokaryotik E. coli kelepçe yükleyici γ kompleksi olarak bilinir; bununla birlikte, kelepçe proteinleri ve kelepçe yükleyicilerinin, replisomun diğer birçok bileşeninden farklı olarak evrimsel homologlar olduğu düşünülmektedir.

Leitura Sugerida

  1. O’Donnell, Michael, Lance Langston, and Bruce Stillman. "Principles and concepts of DNA replication in bacteria, archaea, and eukarya." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 5, no. 7 (2013): a010108.
  2. Alberts, Bruce. "DNA replication and recombination." Nature 421, no. 6921 (2003): 431.
  3. Kelch, Brian A., Debora L. Makino, Mike O'Donnell, and John Kuriyan. "Clamp loader ATPases and the evolution of DNA replication machinery." BMC Biology 10, no. 1 (2012): 34.
  4. Hedglin, Mark, Ravindra Kumar, and Stephen J. Benkovic. "Replication clamps and clamp loaders." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 5, no. 4 (2013): a010165.
  5. Gardner, Andrew F., and Zvi Kelman. "The DNA Replication Machinery as Therapeutic Targets." Frontiers in Molecular Biosciences 6 (2019): 35.