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DNA-Polymerase α

Synonyme: DNA-Polymerase alpha, Pol α, Pol α/Primase, Pol-Prim-Komplex
Englisch: DNA polymerase alpha

1 Definition

Die DNA-Polymerase α (alpha) ist ein Enzymkomplex in Eukaryoten mit dualer Funktion. Sie initiiert die DNA-Synthese in der Replikation durch Synthese eines RNA-Primers und anschließender Elongation eines kurzen DNA-Segments, bevor sie von den replikativen Polymerasen abgelöst wird.

2 Genetik

Die DNA-Polymerase α wird durch vier Gene auf unterschiedlichen Genloci codiert:

Genname Untereinheit Chromosom Genlokus
POLA1 katalytische Untereinheit der Polymerase; p180 X p22.11
POLA2 akzessorische Untereinheit der Polymerase; p86 11 q13.1
PRIM1 kleine katalytische Untereinheit der Primase; p49 12 q13.3
PRIM2 große Untereinheit der Primase; p58 6 p12.2

3 Struktur

Die DNA-Polymerase α ist ein Heterotetramer, bestehend aus vier Untereinheiten: Die katalytische Untereinheit der Polymerase mit einer akzessorischen Untereinheit sowie zwei Peptiden die zusammen die Primase bilden. Sie gehört, wie die replikativen Polymerasen δ und ε, zur B-Familie der Polymerasen.[1]

4 Biochemie

Die Polymerase α besitzt zwei unterschiedliche biochemische Funktionen: Als Primase und als DNA-Polymerase. Die katalysierten Reaktionen finden an zwei verschiedenen Untereinheiten statt. Sowohl die katalytische Untereinheit der Polymerase, als auch die kleine Untereinheit der Primase können in vitro ihre Funktionen jeweils ohne die anderen Untereinheiten durchführen. Dementsprechend besitzen die zwei anderen Untereinheiten vor allem regulatorische Funktionen und verbessern die Bindung an das Substrat.

Die katalysierten Reaktionen lassen sich in fünf Schritte gliedern:

  1. Bindung an die DNA
  2. Bindung von Ribonukleosidtriphosphaten an die Primase
  3. Bildung eines RNA-Dinukleotids
  4. Synthese einiger RNA-Nukleotide
  5. Bindung des Primers an die katalytische Untereinheit der Polymerase

Die DNA-Polymerase α besitzt keine 3'-5'-Exonuklease-Aktivität und damit nicht die Fähigkeit zum Proofreading. Sie hat außerdem eine geringe Prozessivität und kann nur wenige Nukleotide am Stück synthetisieren.

5 Funktion

5.1 Replikation

5.1.1 Rekrutierung

Eine wichtige Voraussetzung für die Rekrutierung der DNA-Polymerase α an die DNA, ist die Bildung eines präreplikativen Komplexes, der an den Replikationsursprüngen ensteht. Dieser besteht unter anderem aus der replikativen Helikase MCM. Sobald die Trennung der Stränge durch Cyclin-abhängige Kinasen der S-Phase initiiert wird, kann die Polymerase α durch Dpb11 und Sld2 an die DNA rekrutiert werden.

5.1.2 Synthese RNA-Primer

An die DNA gebunden, beginnt die Primasen-Unterheit mit der Synthese eines 7-10 Nukleotide langen RNA-Primers.

5.1.3 Elongation des Primers

Die Polymerasenfunktion verlängert diesen Primer, indem es 20-30 DNA-Nukleotide synthetisiert. Dieses RNA-DNA-Hybrid wird auch als Initiator-DNA bezeichnet.

5.1.4 Dissoziation von der DNA

Die DNA-Polymerase wird nach der initialen Synthese durch die replikativen Polymerasen δ und ε ausgetauscht. Diese besitzen eine deutlich höhere Prozessivität und eine sehr geringe Fehlerrate. Der Austausch der Polymerasen wird hautpsächlich durch das Beladungprotein RFC vermittelt.

6 Okazaki-Fragmente

Während der Replikation muss die DNA-Synthese auf dem Leitstrang nur einmal pro Replikationsursprung initiiert werden. Auf dem Folgestrang muss dies ca. alle 200 Nukleotide erneut geschehen. Der RNA-Primer verbleibt in der DNA, bis die DNA-Synthese des nächsten Okazaki-Fragments den Primer erreicht. Die DNA-Polymerase δ entfernt den RNA-Primer und setzt die entsprechenden Desoxyribonukleosidmonophosphate ein. Die Lücke zum vorhergehenden Fragment wird durch die DNA-Ligase I verschlossen.[2]

7 Quellen

  1. Garcia-Diaz, M. & Bebenek, K. Multiple functions of DNA polymerases. CRC Crit Rev Plant Sci 26, 105-122, doi:10.1080/07352680701252817 (2007).
  2. Muzi-Falconi, M., Giannattasio, M., Foiani, M. & Plevani, P. The DNA polymerase alpha-primase complex: multiple functions and interactions. ScientificWorldJournal 3, 21-33, doi:10.1100/tsw.2003.05 (2003).

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