क्रिस्टल अध्ययन डीएनए रहस्य को सुलझा सकता है

क्रिस्टल अध्ययन डीएनए रहस्य को सुलझा सकता है

पॉली-एटा की संरचना, एक एंजाइम जो प्रत्यक्ष डीएनए प्रतिकृति में मदद करता है। राइस विश्वविद्यालय में एंजाइम के एक समय-समाधान क्रिस्टलोग्राफी अध्ययन ने तीसरे धातु आयन के महत्व को उजागर किया जो सटीकता सुनिश्चित करने, प्रक्रिया को स्थिर करने में मदद करता है। क्रेडिट: यांग गाओ लैब

जब कोशिकाएं पुनरुत्पादन करती हैं, तो डीएनए की नकल करने वाले आंतरिक तंत्र लगभग हर बार इसे ठीक कर लेते हैं। राइस यूनिवर्सिटी के बायोसाइंटिस्ट्स ने एक छोटे से विवरण का खुलासा किया है जो यह समझने में मदद करता है कि प्रक्रिया कैसे गलत हो सकती है।

एंजाइमों के उनके अध्ययन से पता चला कि डीएनए प्रतिकृति के लिए महत्वपूर्ण एक केंद्रीय धातु आयन की उपस्थिति भी गलत निगमन में शामिल है, नए किस्में पर न्यूक्लियोटाइड का दोषपूर्ण क्रम।

अवलोकन में रिपोर्ट किया गया प्रकृति संचार कैंसर सहित आनुवंशिक उत्परिवर्तन और उनके कारण होने वाली बीमारियों के लिए उपचार खोजने में मदद कर सकता है।

राइस स्ट्रक्चरल बायोलॉजिस्ट यांग गाओ, स्नातक छात्र कालेब चांग और एलुम्ना क्रिस्टी ली लुओ ने पोलीमरेज़ नामक लचीले एंजाइमों का विश्लेषण करने के लिए समय-समाधान क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग किया क्योंकि वे सी, जी, ए और टी के पूल से डीएनए के पूर्ण स्ट्रैंड्स को तेजी से फिर से इकट्ठा करने के लिए मोड़ और मोड़ते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स।

डीएनए प्रतिकृति में शामिल सभी प्रोटीन धातु आयनों पर निर्भर करते हैं – या तो मैग्नीशियम या मैंगनीज – स्ट्रैंड के साथ न्यूक्लियोटाइड के उचित स्थान पर स्थानांतरण को उत्प्रेरित करने के लिए, लेकिन क्या इसमें दो या तीन आयन शामिल थे, यह लंबे समय से बहस का विषय रहा है।

ऐसा लगता है कि राइस टीम ने ईटा नामक एक पोलीमरेज़ का अध्ययन करके यह तय कर लिया है, एक ट्रांसलेसियन संश्लेषण एंजाइम जो पराबैंगनी-प्रेरित घावों से बचाता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, पॉली-एटा जीन में उत्परिवर्तन वाले लोगों में अक्सर ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसम और त्वचा कैंसर होने की संभावना होती है।

गाओ ने कहा कि ठेठ पोलीमरेज़ एक दाहिने हाथ के आकार के समान होते हैं, और वह उनके बारे में वास्तविक हाथ के संदर्भ में सोचते हैं: “उनके पास एक हथेली डोमेन है जो सक्रिय साइट रखता है, एक उंगली डोमेन जो नए आधार जोड़ी के साथ बातचीत करने के लिए बंद हो जाता है, और एक थंब डोमेन जो प्राइमर/टेम्पलेट डीएनए को बांधता है,” उन्होंने कहा।






इस मॉडल में, जब गलत सब्सट्रेट, dGTP, पहले धातु आयन के साथ एंजाइम में प्रवेश करता है, तो प्राइमर फ़्लिप हो जाता है और अपने लक्ष्य, dGTP सब्सट्रेट पर एक फॉस्फेट परमाणु के साथ गलत हो जाता है। इस स्थिति में, गलत सब्सट्रेट dGTP और टेम्प्लेट dT एक असामान्य आकार बनाते हैं, जिसे वोबल बेस-पेयर कहा जाता है। बाद में, दूसरा धातु आयन प्राइमर को अपने लक्ष्य के साथ संरेखण में खींचता है। जैसे ही प्राइमर संरेखित होना शुरू होता है, तीसरा धातु आयन डीजीटीपी सब्सट्रेट के फॉस्फेट क्षेत्र पर दो ऑक्सीजन परमाणुओं के पास बांधता है। बाद में, तीसरा धातु आयन इन दो ऑक्सीजनों को रोकता है, इस बंधन को तोड़ता है जबकि साथ ही प्राइमर और गलत सब्सट्रेट के बीच एक बंधन बनाता है। क्रेडिट: कालेब चांग

लेकिन अब तक, वैज्ञानिक केवल अच्छी तरह से छिपे हुए तंत्र के कुछ विवरणों का अनुमान लगा सकते थे, जिसके द्वारा पोलीमरेज़ अपना काम करते हैं, और कभी-कभी विफल हो जाते हैं। गाओ की प्रयोगशाला में प्रयुक्त समय-समाधान क्रिस्टलोग्राफी के प्रकार ने शोधकर्ताओं को डीएनए संश्लेषण के पहले, दौरान और बाद में अपने परमाणुओं की स्थिति को परिभाषित करने के लिए 34 मध्यवर्ती चरणों में क्रिस्टलीकृत प्रोटीन का विश्लेषण करने की अनुमति दी।

2019 में CPRIT स्कॉलर के रूप में राइस में शामिल होने वाले बायोसाइंसेस के सहायक प्रोफेसर गाओ ने कहा, “इस गतिज प्रतिक्रिया को पकड़ना मुश्किल है क्योंकि कई परमाणु हैं, और वे बहुत तेजी से काम करते हैं।” “हम कभी नहीं जानते कि परमाणु एक साथ कैसे चलते हैं। क्योंकि स्थानिक जानकारी गायब थी। प्रोटीन और एक छोटे अणु सब्सट्रेट को फ्रीज करने से हम पहली बार इस उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को पकड़ सकते हैं।”

अध्ययन ने उनके सिद्धांत का नेतृत्व किया कि ईटा में तीन धातु परमाणुओं में से पहला न्यूक्लियोटाइड बंधन का समर्थन करता है, और दूसरा न्यूक्लियोटाइड और प्राइमर को ट्रैक पर रखने की कुंजी है, जो मौजूदा आधे पर स्थित प्राइमर के लिए ढीले न्यूक्लियोटाइड के बंधन को स्थिर करता है। नया किनारा (उर्फ सब्सट्रेट)। प्राइमर छोटे डीएनए स्ट्रैंड होते हैं जो चिह्नित करते हैं कि पोलीमरेज़ नए न्यूक्लियोटाइड्स को स्ट्रिंग करना शुरू करते हैं।

“केवल जब पहले दो धातु आयन जांच में होते हैं, तो तीसरा आ सकता है और प्रतिक्रिया घर चला सकता है,” चांग ने कहा, यह सुझाव देते हुए कि प्रक्रिया पोलीमरेज़ के बीच सार्वभौमिक हो सकती है।

शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया कि पॉली-एटा में एक आकृति होती है जो इसे प्राइमरों के गलत संरेखण के लिए प्रवण बनाती है, जिससे गलत निगमन की अधिक संभावना होती है।

“यह, सबसे पहले, जीवन के एक बुनियादी तंत्र के बारे में है,” गाओ ने कहा। “डीएनए को सटीक रूप से कॉपी किया जाना है, और त्रुटियां मानव रोग का कारण बन सकती हैं। जो लोग इन एंजाइमों का अध्ययन करते हैं, वे जानते हैं कि डीएनए संश्लेषण के लिए, वे हमेशा बहुत कुछ करते हैं, जितना उन्हें करना चाहिए, क्योंकि उनके पास चुनने के लिए बहुत सीमित मात्रा में ऊर्जा उपलब्ध है। सही आधार जोड़ी। “

गाओ के लिए, वास्तविक टेकअवे परमाणु विस्तार में एक संपूर्ण उत्प्रेरक प्रक्रिया का निरीक्षण करने के लिए समय-संकल्पित क्रिस्टलोग्राफी की क्षमता को साबित करने में है।

“इससे हमें यह देखने की सुविधा मिलती है कि समय के साथ गतिशील उत्प्रेरक प्रक्रिया में क्या हो रहा है, ” उन्होंने कहा।


एंजाइम-न्यूक्लियोटाइड काइमेरा की प्रतिकृति


अधिक जानकारी:
कालेब चांग एट अल, तीन धातु आयनों के क्रिस्टलो अवलोकन में डीएनए पोलीमरेज़ गलत निगमन को बढ़ावा दिया, प्रकृति संचार (2022)। डीओआई: 10.1038 / एस41467-022-30005-3

चावल विश्वविद्यालय द्वारा प्रदान किया गया

उद्धरण: क्रिस्टल अध्ययन डीएनए रहस्य को सुलझा सकता है (2022, 9 मई) 9 मई 2022 को https://phys.org/news/2022-05-crystal-dna-mystery.html से पुनर्प्राप्त किया गया।

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