المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الاحياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10456 موضوعاً
النبات
الحيوان
الأحياء المجهرية
علم الأمراض
التقانة الإحيائية
التقنية الحياتية النانوية
علم الأجنة
الأحياء الجزيئي
علم وظائف الأعضاء
المضادات الحيوية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
القيمة الغذائية للثوم Garlic
2024-11-20
العيوب الفسيولوجية التي تصيب الثوم
2024-11-20
التربة المناسبة لزراعة الثوم
2024-11-20
البنجر (الشوندر) Garden Beet (من الزراعة الى الحصاد)
2024-11-20
الصحافة العسكرية ووظائفها
2024-11-19
الصحافة العسكرية
2024-11-19

مصادر أساسية للخبر
6-12-2019
الحموضة والقلوية والملوحة Acidity, Alkalinity, Salinity
2023-10-28
CHLORINATION OF n-PARAFFINS (Chloroparaffins)
21-8-2017
‏آجر الطوب الحراري
19-8-2016
Lagrange,s Four-Square Theorem
27-12-2020
يزيد بن ضبَّة الثقفي
30-12-2015

DNA Polymerases Have a Common Structure  
  
2041   11:18 صباحاً   date: 4-4-2021
Author : JOCELYN E. KREBS, ELLIOTT S. GOLDSTEIN and STEPHEN T. KILPATRICK
Book or Source : LEWIN’S GENES XII
Page and Part :

DNA Polymerases Have a Common Structure


KEY CONCEPTS
-  Many DNA polymerases have a large cleft composed of three domains that resemble a hand.
- DNA lies across the “palm” in a groove created by the “fingers” and “thumb.”

The first DNA polymerase for which the structure was determined was the Klenow fragment of the E. coli DNA polymerase I. From those data, FIGURE 1. shows the common structural features that all DNA polymerases share. The enzyme structure can be divided into several independent domains, which are described by analogy with a human right hand. DNA binds in a large cleft composed of three domains. The “palm” domain has important conserved sequence motifs that provide the catalytic active site.
The “fingers” are involved in positioning the template correctly at the active site. The “thumb” binds the DNA as it exits the enzyme, and is important in processivity. The most important conserved regions of each of these three domains converge to form a continuous surface at the catalytic site. The exonuclease activity resides in an independent domain with its own catalytic site. The Nterminal domain extends into the nuclease domain. DNA polymerases fall into five families based on sequence homologies; the palm is well conserved among them, but the thumb and fingers provide analogous secondary structure elements from different sequences.


FIGURE 1. The structure of the Klenow fragment from E. coli DNA polymerase I. It has a right hand with fingers (purple), a palm (red), and a thumb (green). The Klenow fragment also includes an exonuclease domain.
Data from: Beese, L. S., et al. 1993. “Structure from Protein Data Bank 1KFD.” Biochemistry 32:14095–14101.

The catalytic reaction in a DNA polymerase occurs at an active site in which a nucleotide triphosphate pairs with an (unpaired) single strand of DNA. The DNA lies across the palm in a groove that is created by the thumb and fingers. FIGURE 2 shows the crystal structure of the Φ T7 enzyme complexed with DNA (in the form of a primer annealed to a template strand) and an incoming nucleotide that is about to be added to the primer. The DNA is in the classic B-form duplex up to the last two base pairs at the 3′ end of the primer, which are in the more open A-form. A sharp turn in the DNA exposes the template base to the incoming nucleotide. The 3′ end of the primer (to which bases are added) is anchored by the fingers and palm. The DNA is held in position by contacts that are made principally with the phosphodiester backbone (thus enabling the polymerase to function with DNA of any sequence).


FIGURE 2. The crystal structure of phage T7 DNA polymerase shows that the template strand takes a sharp turn that exposes it to the incoming nucleotide.
Photo courtesy of Charles Richardson and Thomas Ellenberger, Washington University School of Medicine.

In structures of DNA polymerases of this family complexed only with DNA (i.e., lacking the incoming nucleotide), the orientation of the fingers and thumb relative to the palm is more open, with the O helix (O, O1, O2; see Figure 2) rotated away from the palm.

This suggests that an inward rotation of the O helix occurs to grasp the incoming nucleotide and create the active catalytic site. When a nucleotide binds, the fingers domain rotates 60° toward the palm, with the tops of the fingers moving by 30 Å. The thumb domain also rotates toward the palm by 8°. These changes are cyclical: They are reversed when the nucleotide is incorporated into the DNA chain, which then translocates through the enzyme to recreate an empty site.
The exonuclease activity is responsible for removing mispaired bases. The catalytic site of the exonuclease domain is distant from the active site of the catalytic domain, though. The enzyme alternates between polymerizing and editing modes, as determined by a competition between the two active sites for the 3′ primer end of the DNA. Amino acids in the active site contact the incoming base in such a way that the enzyme structure is affected by the structure of a mismatched base. When a mismatched base pair occupies the catalytic site, the fingers cannot rotate toward the palm to bind the incoming nucleotide. This leaves the 3′ end free to bind to the active site in the exonuclease domain, which is accomplished by a rotation of the DNA in the enzyme structure.




علم الأحياء المجهرية هو العلم الذي يختص بدراسة الأحياء الدقيقة من حيث الحجم والتي لا يمكن مشاهدتها بالعين المجرَّدة. اذ يتعامل مع الأشكال المجهرية من حيث طرق تكاثرها، ووظائف أجزائها ومكوناتها المختلفة، دورها في الطبيعة، والعلاقة المفيدة أو الضارة مع الكائنات الحية - ومنها الإنسان بشكل خاص - كما يدرس استعمالات هذه الكائنات في الصناعة والعلم. وتنقسم هذه الكائنات الدقيقة إلى: بكتيريا وفيروسات وفطريات وطفيليات.



يقوم علم الأحياء الجزيئي بدراسة الأحياء على المستوى الجزيئي، لذلك فهو يتداخل مع كلا من علم الأحياء والكيمياء وبشكل خاص مع علم الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة في عدة مناطق وتخصصات. يهتم علم الاحياء الجزيئي بدراسة مختلف العلاقات المتبادلة بين كافة الأنظمة الخلوية وبخاصة العلاقات بين الدنا (DNA) والرنا (RNA) وعملية تصنيع البروتينات إضافة إلى آليات تنظيم هذه العملية وكافة العمليات الحيوية.



علم الوراثة هو أحد فروع علوم الحياة الحديثة الذي يبحث في أسباب التشابه والاختلاف في صفات الأجيال المتعاقبة من الأفراد التي ترتبط فيما بينها بصلة عضوية معينة كما يبحث فيما يؤدي اليه تلك الأسباب من نتائج مع إعطاء تفسير للمسببات ونتائجها. وعلى هذا الأساس فإن دراسة هذا العلم تتطلب الماماً واسعاً وقاعدة راسخة عميقة في شتى مجالات علوم الحياة كعلم الخلية وعلم الهيأة وعلم الأجنة وعلم البيئة والتصنيف والزراعة والطب وعلم البكتريا.