Prokariotska replikacija DNK
Prokariotska replikacija DNK je bidirekciona i započinje u centru replikacije (OriC).[1]
Inicijaciju DNK replikacije posreduje DnaA[2], protein koji se vezuje za region centra replikacije poznat kao DnaA kutija. Kod E. coli postoji pet DnaA kutija, svaka od kojih sadrži devet visoko konzerviranih baznih parova, konsenzus sekvencu 5' - TTATCCACA - 3'.[3] Posledica vezivanja DnaA za taj region je da DNK postaje negativno supernamotana. Nakon toga, regioni OriC ispred DnaA kutija (poznati kao DnaB kutije) se otapaju. Postoje tri takva regiona, i svaki je dugačak 13 baznih parova, i bogat AT parovima (što olakšava topljenje jer je manje energije potrebno za razlaganje dve vodonične veze. Taj region ima konsensus sekvencu 5' - GATCTNTTNTTTT - 3.[4] Za rastapanje DnaB kutija je neophodan adenozin trifosfat (koji hidrolizuje DnaA). Nakon rastapanja, DnaA regrutuje heksamernu helikazu (šest DnaB proteina) na suprotne krajeve rastopljene DNK. Na tom mestu se formira replikaciona viljuška. Za regrutovanje helikaze je neohodno šest DnaC proteina, svaki od kojih se vezuje za jednu podjedinicu helikaze. Nakon formiranja tog kompleksa, dodatnih pet DnaA proteina se vezuje. DnaC se zatim odvaja, i kompleks je kompletan. Da bi se DNK replikacija nastavila potreban je jednolančani protein koji sprečava jednolančane DNK lance da formiraju sekundarnu strukturu, kao i za sprečavanje njihovog ponovnog međusobnog sparivanja. DNK giraza[5][6] je potrebna da bi se umanjio stres uzrokovan formiranjem negativnih supernamotaja formiranih posredstvom DnaB helikaze.[7][8] Odmotavanje DNK DnaB helikazom omogućava primazi (DnaG[9][10]) polimerazi da formira prajmer na svakom DNK templetu tako da DNK sinteza može da počne.
Nakon formiranja prajmera, DNA polimeraza III holoenzim započinje replikaciju DNK.[11][12] NJen katalitički mehanizam obuhvata upotrebu dva metalna jona u aktivnom mestu. Ovaj enzim ima sposobnost razlikovanja dezoksiribonukleotida i ribonukleotida. Metalni joni su generalno divalentni katjoni koji pomažu 3' OH da inicira nukleofilni napad na alfa fosfat dezoksiribonukleotida i da orijentiše i stabilizuje negativno naelektrisani trifosfat na dezoksiribonukleotidu. Nukleofilni napad 3' OH-a na alfa fosfat oslobađa pirofosfat, koji se naknadno hidrolizuje (neorganskom fosfatazom) u dva fosfata. Ova hidroliza završava sintezu DNK.
Terminacija replikacije DNK kod Ešerihije koli se obavlja putem upotrebe terminacionih sekvenci i Tus proteina.[13][14] Te sekvence omogućavaju da dve replikacione viljuške idu samo u jednom pravcu. Replikacija DNK inicijalno proizvodi dva povezana kružna DNK dupleksa, svaki od kojih se sastoji od jednog roditeljskog lanca i novoformiranog lanca. Kod Ešerihije koli topoizomeraza IV razdvaja kružne DNK duplekse.[15][16]
Regulacija replikacije DNK se ostvaruje putem nekoliko mehanizama. Faktori koji uslovljavaju mehanizam su odnos ATP-a i ADP-a, broj DnaA kutija, i hemimetilacija i sekvestracija OriC-a.
Odnos ATP-a i ADP-a daje indikaciju da je ćelija dostigla specifičnu veličinu i da je spremna za deobu. Ovaj „signal“ se javlja zato što u bogatom medijumu, ćelija brzo raste i dostupna joj je suvišna DNK.
DnaA se vezuje jednako dobro za ATP i ADP, ali samo DnaA-ATP kompleks ima sposobnost iniciranja replikacije. U brzo rastućoj ćeliji, prisutno je više DnaA-ATP-a nego DnaA-ADP-a. Pošto su nivoi DnaA-a stogo ograničeni, i 5 DnaA-DnaA dimeri su potrebni za iniciranje replikacije, odnos DnaA prema broju DnaA kutija u ćeliji je važan. Nakon završetka replikacije DNK, ovaj broj se prepolovljava, tako da se replikacija DNK ne može javiti dok se nivoi DnaA proteina ne povise.
DNK se sekvestrira proteinom koji je vezan za membranu pod imenom SeqA. Ovaj protein se vezuje za hemi-metilisane GATC DNK sekvence. Te sekvence sa četiri para baza se javljaju 11 puta u OriC. Novo sintetisana DNK ima samo svoju roditeljski lanac metilisan. DAM metiltransferaza metiliše novi DNK lanac samo ako nije vezan za SeqA. Važnost hemi-metilacije je dvostruka. Prvo, OriC postaje nedostupan za DnaA, i drugo, DnaA se bolje vezuje za potpuno metilisanu DNK nego za hemi-metilisanu DNK.
Ovi mehanizmi sprečavaju replikaciju DNK, tako da se ona javlja samo jednom u toku ćelijskog ciklusa, čime se sprečava prekomerna replikacija DNK.
- ↑ Annick Jacq, Masamichi Kohiyama (March 1980). „A DNA-Binding Protein Specific for the Early Replicated Region of the Chromosome Obtained from Escherichia coli Membrane Fractions”. European Journal of Biochemistry 105 (1): 25-31. DOI:10.1111/j.1432-1033.1980.tb04470.x.
- ↑ Slonczewski Joan and John Watkins Foster (November 2010). Microbiology: An Evolving Science (Second Ed izd.). New York. ISBN 978-0-393-93447-2.
- ↑ Uwe Langer†, Stefan Richter, Angelika Roth, Christoph Weigel, Walter Messer (July 1996). „A comprehensive set of DnaA-box mutations in the replication origin, oriC, of Escherichia coli”. Molecular Microbiology 21 (2): 301-311. DOI:10.1046/j.1365-2958.1996.6481362.x.
- ↑ D Bramhill, A Kornberg (September 1988). „A model for initiation at origins of DNA replication”. Cell 54: 915-918. Arhivirano iz originala na datum 2013-11-10. Pristupljeno 2014-05-15.
- ↑ E. Mizraji (May 1986). „Energy storage during DNAgirase activity”. Journal of Theoretical Biology 120 (1): 63-71. DOI:10.1016/S0022-5193(86)80017-0.
- ↑ C. Anselmi, G. Bocchinfuso, P. De Santis, M. Fuà, A. Scipioni, and M. Savino (1998). „Statistical Thermodynamic Approach for Evaluating the Writhe Transformations in Circular DNAs”. J. Phys. Chem. B 102 (29): 5704-5714. DOI:10.1021/jp981552v.
- ↑ J H LeBowitz and R McMacken (April 1986). „The Escherichia coli dnaB replication protein is a DNA helicase”. The Journal of Biological Chemistry 261: 4738-4748.
- ↑ San Martin MC, Stamford NP, Dammerova N, Dixon NE, Carazo JM (1995). „A structural model for the Escherichia coli DnaB helicase based on electron microscopy data”. Journal of Structural Biology 114 (3): 167-76. DOI:10.1006/jsbi.1995.1016.
- ↑ Philip J. Fay, Kyung Oh Johansonn, Charles S. McHenryn, and Robert A. Bambara (January 1981). „Size Classes of Products Synthesized Processively by DNA Polymerase III and DNA Polymerase III Holoenzyme of Escherichia coli”. The Journal of Biological Chemistry 256: 976-983.
- ↑ James L. Keck, Daniel D. Roche, A. Simon Lynch, James M. Berger (March 2000). „Structure of the RNA Polymerase Domain of E. coli Primase”. Science 287 (5462): 2482-2486. DOI:10.1126/science.287.5462.2482.
- ↑ Olson, M. W.; Dallmann, H. G.; McHenry, C. S. (1995). „DnaX complex of Escherichia coli DNA polymerase III holoenzyme. The chi psi complex functions by increasing the affinity of tau and gamma for delta.delta' to a physiologically relevant range”. The Journal of Biological Chemistry 270 (49): 29570-29577. PMID 7494000.
- ↑ Kelman, Z.; O'Donnell, M. (1995). „Dna Polymerase III Holoenzyme: Structure and Function of a Chromosomal Replicating Machine”. Annual Review of Biochemistry 64: 171. DOI:10.1146/annurev.bi.64.070195.001131.
- ↑ T M Hill and K J Marians (April 1990). „Escherichia coli Tus protein acts to arrest the progression of DNA replication forks in vitro”. PNAS 87 (7): 2481-2485.
- ↑ T M Hill, M L Tecklenburg, A J Pelletier, and P L Kuempe (March 1989). „Tus, the trans-acting gene required for termination of DNA replication in Escherichia coli, encodes a DNA-binding protein”. PNAS 86 (5): 1593-1597.
- ↑ Adams DE, Shekhtman EM, Zechiedrich EL, Schmid MB, Cozzarelli NR (1992). „The role of topoisomerase IV in partitioning bacterial replicons and the structure of catenated intermediates in DNA replication”. Cell 71 (2). DOI:10.1016/0092-8674(92)90356-H.
- ↑ H Peng and K J Marians (November 1993). „Escherichia coli topoisomerase IV. Purification, characterization, subunit structure, and subunit interactions”. The Journal of Biological Chemistry 268: 24481-24490.
- Slonczewski Joan and John Watkins Foster (November 2010). Microbiology: An Evolving Science (Second Ed izd.). New York. ISBN 978-0-393-93447-2.