Question:
Pourquoi la réplication de l'ADN est-elle effectuée dans la direction 5 'à 3'?
Damian Kao
2012-01-05 05:57:35 UTC
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La réplication de l'ADN va dans la direction 5 'à 3' car l'ADN polymérase agit sur le 3'-OH du brin existant pour ajouter des nucléotides libres. Y a-t-il une raison biochimique pour laquelle tous les organismes ont évolué pour passer de 5 'à 3'?

Y a-t-il des avantages énergétiques / de ressources à utiliser 5 'à 3'? Est-ce que l'utilisation du 3'-OH du brin existant pour fixer le phosphate du nucléotide libre est plus énergétiquement favorable que l'utilisation du 3'-OH du nucléotide libre pour attacher le phosphate du brin existant? Faut-il plus de ressources pour créer une polymérase de 3 à 5 pi?

Pourquoi est-ce même une bonne question? Vous pouvez trouver une réponse dans n'importe quel manuel de base de biologie moléculaire. Il n'y a rien d'intéressant là-dedans! Quelqu'un peut-il m'expliquer pourquoi des questions de base comme celle-ci suscitent autant de goûts et pourquoi les questions de niveau de recherche réelles sont ignorées?
Quatre réponses:
#1
+31
Gergana Vandova
2012-01-05 06:42:58 UTC
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Prof. Allen Gathman a une superbe vidéo de 10 minutes sur Youtube, expliquant la réaction de l'ajout de nucléotides dans la direction 5 'à 3' et pourquoi cela ne fonctionne pas dans l'autre

En bref, l'énergie pour la formation de la liaison phosphodiester provient du dNTP, qui doit être ajouté. Le dNTP est un nucléotide qui a deux phosphates supplémentaires attachés à son extrémité 5 '. Afin de joindre le groupe 3'OH avec le phosphate du nucléotide suivant, un oxygène doit être éliminé de ce groupe phosphate. Cet oxygène est également attaché à deux phosphates supplémentaires, qui sont également attachés à un Mg ++. Mg ++ tire les électrons de l'oxygène, ce qui affaiblit cette liaison et la soi-disant attaque nucléophile de l'oxygène du 3'OH réussit, formant ainsi la liaison phospodiester.

Si vous essayez de rejoindre les 3 du dNTP. 'OH groupe au phosphate 5' du nucléotide suivant, il n'y aura pas assez d'énergie pour affaiblir la liaison entre l'oxygène connecté au phosphore 5 '(les deux autres phosphates du dNTP sont à l'extrémité 5', pas sur l'extrémité 3 '), ce qui rend l'attaque nucléophile plus difficile.

Regardez la vidéo, c'est mieux expliqué ici.

Bien que la vidéo explique bien les bases, elle ignore la possibilité d'ajouter un triphosphate à l'amorce (via une autre enzyme ou une fonctionnalité polymérase secondaire). L'hydrolyse spontanée du triphosphate désavantage la variante 3'-5 ', mais l'idée n'est pas aussi impossible que le prétend le professeur Gathman dans la vidéo.
#2
+20
Mad Scientist
2012-01-05 15:33:38 UTC
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Les réplications d'ADN ont besoin d'une source d'énergie pour se dérouler, cette énergie est acquise en clivant le 5'-triphosphate du nucléotide qui est ajouté à la chaîne d'ADN existante. Tout autre mécanisme de polymérase doit tenir compte de la source d'énergie requise pour ajouter un nucléotide.

La façon la plus simple que l'on puisse imaginer pour effectuer une polymérisation inverse 3'-5 'serait d'utiliser le nucléotide-3'- triphosphate au lieu du nucléotide-5'-triphosphate que chaque polymérase existante utilise. Cela permettrait un mécanisme pratiquement identique à celui des polymérases existantes, juste avec différents nucléotides comme substrats. Le problème avec ce modèle est que les ribonucléotides-3'-triphosphates sont moins stables dans des conditions acides en raison du 2'-OH voisin (bien que cela ne s'applique évidemment qu'à l'ARN, pas à l'ADN).

Donc, tout La polymérase 3'-5 'aurait probablement besoin d'utiliser les mêmes nucléotides-5'-triphosphates que la polymérase 5'-3'. Cela signifierait que le triphosphate fournissant l'énergie pour l'addition d'un nouveau nucléotide serait sur le brin d'ADN qui est étendu, et non sur le nucléotide nouvellement ajouté.

Un inconvénient de cette approche est que les nucléotides triphosphates s'hydrolysent spontanément dans des conditions aqueuses. Ce n'est pas un problème significatif pour la 5'-3 'polymérase, car le triphosphate est sur le nouveau nucléotide et la polymérase doit juste trouver un nouveau nucléotide. Pour la polymérase 3'-5 ', l'hydrolyse spontanée est un problème car le triphosphate est sur la chaîne en croissance. Si celui-ci est hydrolysé, toute la polymérisation doit être interrompue ou le triphosphate doit être réajusté par un mécanisme.

Vous pouvez consulter l'article "Un modèle pour l'évolution de la directionnalité des nucléotides polymérases" de Joshua Ballanco et Marc L. Mansfield pour plus d'informations à ce sujet. Ils ont créé un modèle sur l'évolution précoce de la polymérase, sans parvenir à une conclusion définitive.

#3
+15
Asish George
2014-05-14 10:46:37 UTC
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À mon avis, la "superbe vidéo de 10 minutes sur Youtube" du professeur Allen Gathman est une jolie perte de temps si vous savez déjà comment l'hydrolyse se produit. En fait, il n'a pas considéré la route 3 '-> 5' de manière impartiale; il ne semble pas envisager la possibilité qu'un triphosphate apparaisse à l'extrémité croissante de 5 'du brin dans le cas de 3' -> 5 '.

En fait, la seule différence entre les deux itinéraires (5 '-> 3' et 3 '-> 5') est que le triphosphate réagissant apparaît à des endroits différents. Dans le cas habituel, le triphosphate qui est hydrolysé appartient au nucléotide ajouté, tandis que dans ce dernier cas, le triphosphate qui est hydrolysé appartient au nucléotide sur le brin en croissance. Les deux sont réalisables.

En fait, on sait que l ' ARN polymérase a une double activité, mais vous voyez, l'ARN polymérase n'a pas d'activité de relecture !. La relecture nécessite le retrait de la base dépareillée, mais dans la direction 3 '-> 5, l'attachement de la base avait consommé le triphosphate à l'extrémité 5' du brin, il n'est donc plus disponible pour ajouter la base de remplacement. L'activité 3 '-> 5' détruit facilement la capacité de relecture d'une polymérase Donc, fondamentalement, c'est le besoin de relecture qui limite la synthèse des brins d'ADN à 5 '-> 3' . Pourquoi il en est ainsi, aurait besoin de beaucoup plus d'explications (si en mots) mais je pense qu'une image a un bien meilleur pouvoir explicatif que mille mots. J'ai ajouté une image de Essential Cell Biology qui montre la réponse à la question «POURQUOI»: enter image description here

L'autre considération importante est la réparation. Si un ou plusieurs nucléotides sont manquants dans un brin, la réparation du nucléotide manquant serait impossible pour la synthèse 3 'à 5', car aucun 5'-triphosphate n'est présent. Par contre, la synthèse 5 'en 3' ne nécessite pas de 3'-triphosphate présent sur le site de réparation. C'est important. C'est-à-dire que la synthèse de 3 'à 5' ne permet pas la réparation des nucléotides.

Cela devrait être la réponse acceptée.
#4
+6
Peter Kramer
2014-02-28 03:44:20 UTC
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En fait, il existe une polymérase qui catalyse un allongement de 3 '- 5'. Voir par exemple la superfamille Thg1. "Le faire à l'envers: polymérisation 3'-5 'par la superfamille Thg1." Jackman et coll.

Aucune référence, aucune utilité.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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