Pitanje:
Zašto se replikacija DNA izvodi u smjeru 5 'do 3'?
Damian Kao
2012-01-05 05:57:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Replikacija DNA ide u smjeru 5 'do 3', jer DNA polimeraza djeluje na 3'-OH postojećeg lanca za dodavanje slobodnih nukleotida. Postoji li bilo kakav biokemijski razlog zašto su svi organizmi evoluirali tako da prelaze s 5 na 3?

Postoje li kakve energetske / resursne prednosti korištenja 5 'do 3'? Je li upotreba 3'-OH postojećeg lanca za vezanje fosfata slobodnog nukleotida energetski povoljnije od korištenja 3'-OH slobodnog nukleotida za vezanje fosfata postojećeg lanca? Treba li više resursa za stvaranje 3 'do 5' polimeraze?

Zašto je ovo uopće dobro pitanje? Odgovor možete pronaći u bilo kojem osnovnom udžbeniku molekularne biologije. Uopće nema ništa zanimljivo! Može li mi netko objasniti zašto osnovna pitanja poput ovog dobivaju toliko lajkova, a stvarna pitanja na razini istraživanja se zanemaruju?
četiri odgovori:
#1
+31
Gergana Vandova
2012-01-05 06:42:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prof. Allen Gathman ima sjajan 10-minutni videozapis na Youtubeu, koji objašnjava reakciju dodavanja nukleotida u smjeru 5 'do 3' i zašto to ne funkcionira s druge strane način.

Ukratko, energija za stvaranje fosfodiesterske veze dolazi iz dNTP-a, koji treba dodati. dNTP je nukleotid koji na svom 5 'kraju ima dva dodatna fosfata. Da bi se 3'OH skupina pridružila fosfatu sljedećeg nukleotida, iz te fosfatne skupine mora se ukloniti jedan kisik. Taj je kisik također vezan za dva dodatna fosfata, koji su također vezani za Mg ++. Mg ++ povlači elektrone kisika, što slabi tu vezu i takozvani nukleofilni napad kisika iz 3'OH uspijeva, stvarajući tako fosfodistersku vezu.

Ako se pokušate pridružiti dNTP-u 3 'OH skupina do 5' fosfata sljedećeg nukleotida, neće biti dovoljno energije da oslabi vezu između kisika povezanog s 5 'fosforom (druga dva fosfata dNTP-a nalaze se na 5' kraju, a ne na kraj od 3 '), što nukleofilni napad čini težim.

Pogledajte video, tamo je bolje objasniti.

Iako video lijepo objašnjava osnove, on zanemaruje mogućnost dodavanja trifosfata u temeljni premaz (putem drugog enzima ili sekundarne funkcije polimeraze). Spontana hidroliza trifosfata dovodi varijantu 3'-5 'u nepovoljan položaj, ali ideja nije toliko nemoguća kako tvrdi prof. Gathman u videu.
#2
+20
Mad Scientist
2012-01-05 15:33:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Za replikaciju DNA potreban je izvor energije da bi se nastavila, ta se energija dobiva cijepanjem 5'-trifosfata nukleotida koji je dodan postojećem lancu DNA. Bilo koji alternativni mehanizam polimeraze mora uzeti u obzir izvor energije potrebne za dodavanje nukleotida.

Najjednostavniji način na koji se može zamisliti da se izvrši reverzna 3'-5 'polimerizacija bio bi korištenje nukleotida-3'- trifosfat umjesto nukleotid-5'-trifosfata koji koristi svaka postojeća polimeraza. To bi omogućilo praktički identičan mehanizam kao postojeće polimeraze, samo s različitim nukleotidima kao supstratima. Problem ovog modela je taj što su ribonukleotid-3'-trifosfati manje stabilni u kiselim uvjetima zbog susjednih 2'-OH (iako se to očito odnosi samo na RNA, a ne i na DNA).

Dakle, bilo koji 3'-5 'polimeraza bi vjerojatno trebala koristiti isti nukleotid-5'-trifosfati kao i 5'-3' polimeraza. To bi značilo da bi trifosfat koji daje energiju za dodavanje novog nukleotida bio na DNA lancu koji je produžen, a ne na novo dodanom nukleotidu.

Jedan nedostatak ovog pristupa je taj što se nukleotidni trifosfati spontano hidroliziraju pod vodenim uvjetima. To nije značajan problem za 5'-3 'polimerazu, jer je trifosfat na novom nukleotidu, a polimeraza samo mora pronaći novi nukleotid. Za 3'-5 'polimerazu spontana hidroliza predstavlja problem jer je trifosfat na rastućem lancu. Ako se taj hidrolizira, cijelu polimerizaciju treba prekinuti ili trifosfat ponoviti nekim mehanizmom.

Možete pogledati članak "Model evolucije smjera nukleotidne polimeraze" autora Joshua Ballanca i Marca L. Mansfielda za više informacija o tome. Stvorili su model rane evolucije polimeraze, iako ne donose konačni zaključak.

#3
+15
Asish George
2014-05-14 10:46:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Po mom mišljenju, "sjajni 10-minutni video na Youtubeu" prof. Allena Gathmana prilično je gubljenje vremena ako već znate kako se hidroliza događa. Zapravo, nije nepristrano razmatrao put 3 '-> 5'; čini se da ne gleda na mogućnost da se trifosfat pojavi na rastućem 5 'vrhu niti u slučaju 3' -> 5 '.

Zapravo, jedina razlika između dva puta (5 '-> 3' i 3 '-> 5') je u tome što se reakcijski trifosfat pojavljuje na različitim mjestima. U uobičajenom slučaju trifosfat koji se hidrolizira pripada dodanom nukleotidu, dok u potonjem slučaju trifosfat koji se hidrolizira pripada nukleotidu na rastućem lancu. Oba su izvediva.

U stvari, poznato je da RNA polimeraza ima dvostruku aktivnost, ali vidite, RNA polimeraza nema lektorsku aktivnost !. Lektoriranje zahtijeva uklanjanje neusklađene baze, ali u smjeru 3 '-> 5 pričvršćivanje baze potrošilo je trifosfat na 5' vrhu niti, tako da više nije dostupno dodavanje zamjenske baze. Aktivnost 3 '-> 5' lako uništava lektorsku sposobnost polimeraze Dakle, u osnovi je potreba za lektorijom ta koja ograničava sintezu DNA lanaca na 5 '-> 3' . Zašto je to tako, trebalo bi puno više objašnjenja (ako je riječima), ali mislim da slika ima daleko bolju moć objašnjenja od tisuću riječi. Dodao sam sliku iz Essential Cell Biology koja pokazuje odgovor na pitanje "ZAŠTO": enter image description here

Drugo važno razmatranje je popravak. Ako u jednom lancu nedostaje jedan ili više nukleotida, popravak nedostajućeg nukleotida bio bi nemoguć za 3 'do 5' sintezu, jer nije prisutan 5'-trifosfat. S druge strane, za sintezu 5 'do 3' nije potreban 3'-trifosfat prisutan na mjestu popravka. Ovo je važno. To jest 3 'do 5' sinteza ne dopušta popravak nukleotida.

Ovo bi trebao biti prihvaćeni odgovor.
#4
+6
Peter Kramer
2014-02-28 03:44:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zapravo postoji polimeraza koja katalizira 3 '- 5' produljenje. Pogledajte na primjer superporodicu Thg1. "Radi se obrnuto: polimerizacija 3'-do-5 'u superporodici Thg1." Jackman i dr.

Nema reference, nema koristi.


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...