ДНК-полімераза — це фермент, що бере участь у реплікації ДНК. Ферменти цього класу каталізують полімеризацію уздовж ланцюжка ДНК, який фермент «зчитує» і використовує як шаблон. Тип нового нуклеотиду визначається за (принципом комплементарності) до матриці, з якої ведеться зчитування. Молекула ДНК, що синтезується, є комплементарною до матричного ланцюга й ідентична з одним із ланцюгів другої подвійної спіралі.
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODVMemt3TDBST1FWOXdiMng1YldWeVlYTmxMbkJ1Wnk4eU1qQndlQzFFVGtGZmNHOXNlVzFsY21GelpTNXdibWM9LnBuZw==.png)
Розрізняють ДНК-залежну ДНК-полімеразу ( 2.7.7.7), що використовує як матрицю один з ланцюгів ДНК, і РНК-залежну ДНК-полімеразу (інша назва — зворотна транскриптаза 2.7.7.49), здатну до зчитування інформації з РНК ((зворотна транскрипція)). ДНК-полімераза є , оскільки для нормального функціонування вона потребує присутності іонів магнію як кофактора. При відсутності іонів магнію про неї можна говорити як про апофермент.
Дія ДНК-полімерази
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2ZFdzdmRHaDFiV0l2T0M4NFl5OUVUa0ZmY21Wd2JHbGpZWFJwYjI0dWNHNW5Mek0xTUhCNExVUk9RVjl5WlhCc2FXTmhkR2x2Ymk1d2JtYz0ucG5n.png)
ДНК-полімераза додає вільні нуклеотиди до 3’-кінця ланцюга, що збирається. Це призводить до елонгації ланцюгу в напрямку 5'-3'.
Жодна з відомих ДНК-полімераз не може створити ланцюг «з нуля»: вони в змозі лише додавати нуклеотиди до вже існуючої 3'-гідроксильної групи. З цієї причини ДНК-полімераза потребує праймера, до якого вона могла б додати перший нуклеотид. Праймери складаються з основ РНК і ДНК, при цьому перші дві основи завжди є РНК-основами. Праймери синтезуються іншим ферментом — (праймазою). Ще один фермент — (геліказа) - необхідний для розкручування подвійної спіралі ДНК з формуванням одноланцюжкової структури, яка забезпечує реплікацію обох ланцюжків відповідно до (напівконсервативної моделі) реплікації ДНК.
Деякі ДНК-полімерази також мають здатність виправляти помилки в тільки що зібраному ланцюжку ДНК. Якщо відбувається виявлення неправильної пари нуклеотидів, ДНК-полімераза відкатується на один крок назад. Завдяки своїй екзонуклеазній активності, ДНК-полімераза може вилучити неправильний нуклеотид з ланцюжка і вставити на його місце правильний, після чого реплікація продовжується в нормальному режимі.
Різноманіття ДНК-полімераз
Структура ДНК-полімераз досить жорстко фіксована. Їхні каталітичні субодиниці дуже мало відрізняються в різних видах живих клітин. Така фіксація структури зазвичай з'являється там, де відсутність різноманітності обумовлена величезною важливістю або навіть незамінністю для функціонування клітини.
Генами деяких вірусів теж кодується особлива ДНК-полімераза, яка може вибірково реплікувати вірусну ДНК. Ретровіруси мають ген незвичайної ДНК-полімерази, що є РНК-залежною ДНК-полімеразою, котра називається зворотною транскриптазою і що здійснює збирання ДНК, на основі шаблонної РНК.
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODBMelEyTDBST1FWOVNaWEJoYVhJdWFuQm5Mek13TUhCNExVUk9RVjlTWlhCaGFYSXVhbkJuLmpwZw==.jpg)
Родини ДНК-полімераз
На основі своєї структури ДНК-полімерази можуть бути розбиті на сім різних родин: A, B, C, D, X, Y, і RT.
Родина A
Родина A містить реплікативні і відновні ДНК-полімерази. Реплікативні члени цього сімейства представлені, наприклад, добре дослідженою або еукаріотичною мітохондріальною ДНК-полімеразою γ. Серед відновних полімераз є такі приклади як полімераза I (Pol I) E. coli , Pol I Thermus aquaticus або Pol I(Bacillus stearothermophilus) . Відновні полімерази беруть участь в процесі усунення помилок в ДНК, що збирається, а також в обробці (фрагментів Окадзакі).
Родина B
До родини B переважно входять відновні полімерази, зокрема основні еукаріотичні ДНК-полімерази α, δ, ε, а також ДНК-полімераза ζ. До цієї родини також відносять ДНК-полімерази деяких бактерій і бактеріофагів, наприклад бактеріофагів T4, Phi29 і RB69. Ці ферменти використовуються в синтезі і 3’→5’, і 5’→3’ ланцюгів ДНК. Помітною особливістю полімераз цієї родини є чудова точність реплікації. Багато представників також володіє сильною 3’-5’-екзонуклеазною активністю (за винятком ДНК-полімераз α і ζ, які не мають здатності коректувати помилки).
Родина C
Полімерази цієї родини — переважно бактеріальні хромосомні реплікативні ферменти, що мають, крім того, 3’-5’-екзонуклеазну активність.
Родина D
Полімерази цієї родини недостатньо вивчені. Всі відомі зразки вважаються реплікативними полімеразами і виявлені у архей типу Euryarchaeota.
Родина X
До родини Х належить широко знана еукаріотична ДНК-полімераза β (Pol β), а також σ, λ, μ і кінцева дезоксинуклеотидил-трансфераза (TDT). ДНК-полімераза β необхідна для здійснення процесу відновлення пошкоджених ділянок ДНК. Полімерази λ і μ беруть участь у негомологічному з'єднанні кінців — процесі відновлення розривів подвійної спіралі. TDT експрессуєтся тільки в лімфоїдній тканині і додає «N нуклеотідов» до розривів подвійної спіралі, що утворюються під час (В(Р)С-рекомбінації). Дріжджі Saccharomyces cerevisiae мають лише одну полімеразу X, Pol 4, що бере участь у негомологічному з'єднанні.
Родина Y
Полімерази цієї родини відрізняються від інших низькою продуктивністю на цілісних шаблонах, а також здатністю здійснювати реплікацію на шаблонах пошкодженої ДНК. Внаслідок цього члени сімейства називаються полімеразами транслезійного синтезу (ТЛС-полімеразами). Залежно від характеру пошкодження (лезії) ТЛС-полімерази можуть відновити початковий ланцюжок. Помилка може і не бути відновлена, що приводить до мутацій. Наприклад, пацієнти, які страждають від , мають у своєму геномі мутантну ДНК-полімеразу η (ета), що може без помилок відновлювати пошкодження, викликані ультрафіолетом, проте інші полімерази, наприклад ζ (що належить до родини B), приводять до помилок, що, як вважається, приводить до схильності до онкологічних захворювань.
Інші члени цієї родини — людські полімерази ι, κ, а також кінцева дезоксинуклеотидил-трансфераза Rev1. У E. coli є дві ТЛС-полімерази: IV (DINB) і V (UMUC).
Родина RT
Родина зворотних транскриптаз (назва сімейства походить від англ. reverse transcriptase) містить полімерази, виявлені як у ретровірусів, так і у еукаріотів. Еукаріотичні полімерази переважно представлені теломеразами. Ці полімерази використовують РНК як матрицю для синтезу ланцюжка ДНК.
Прокаріотичні ДНК-полімерази
У бактерій виявлено п'ять ДНК-полімераз:
- ДНК-полімераза I — задіяна у відновленні ДНК, має як 5'-3', так і 3'-5'-екзонуклеазну активність;
- (ДНК-полімераза II) — бере участь в реплікації пошкодженої ДНК. Має здатність 5'-3'-елонгації і 3'-5'-екзонуклеазну активність;
- — основна полімераза бактерій, що має також 3'-5'-екзонуклеазну активність;
- — ДНК-полімераза сімейства Y;
- — ДНК-полімераза сімейства Y, що бере участь в пропуску пошкоджених ділянок ДНК.
Еукаріотичні ДНК-полімерази
Еукаріоти містять щонайменше п'ятнадцять видів ДНК-полімераз:
- ДНК-полімераза α формує комплекс з (праймазою), яка синтезуює праймер ДНК, після чого полімераза приєднує до цього праймеру нуклеотиди. Після того, як довжина ланцюжка досягне близько 20 нуклеотидів, до транскрипції приступають полімерази δ і ε;
- ДНК-полімераза β задіяна у відновленні ДНК;
- ДНК-полімераза γ, що здійснює реплікацію мітохондріальної ДНК;
- ДНК-полімераза δ — основна полімераза еукаріотів. Вона високопродуктивна, а також має 3'-5'-екзонуклеазну активність;
- ДНК-полимераза ε, що іноді заміщає ДНК-полімеразу δ під час синтезу 3’-5’-ланцюжка. Основне призначення цієї полімерази неясне;
- ДНК-полімерази η, ι, κ і Rev1 з сімейства Y, а також ζ з сімейства B. Ці полімерази задіяні в пропуску пошкоджених ділянок ДНК.
- Існують також інші еукаріотичні ДНК-полімерази, які поки що недостатньо вивчені: θ, λ, φ, σ і μ, та деякі інші.
Жодна еукаріотична полімераза не може відщеплювати праймери, тобто не має 5-3'-екзонуклеазної активності. Цю функцію виконують інші ферменти. Тільки полімерази, що здійснюють елонгацію (γ, δ і ε) мають 3'-5'-екзонукеазну активність.
Див. також
Примітки
- I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002) Eukaryotic DNA polymerases. Annual Review of Biochemistry 71, 133-63.
- J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer «Biochemie», Springer, Heidelberg/Berlin 2003
- I. Prakash, S.; Johnson, R. E.; Prakash, L. (2005) Eukaryotic translesion synthesis DNA polymerases: specificity of structure and function. Annual Review of Biochemistry 74, 317-53.
Посилання
- PubMed [ 11 квітня 2013 у Wayback Machine.]
- Burgers P, Koonin E, Bruford E та ін. (2001). . J. Biol. Chem. 276 (47): 43487—90. PMID 11579108. Архів оригіналу за 31 березня 2009. Процитовано 11 листопада 2007.
{{}}
: Явне використання «та ін.» у:|author=
() - DNA Polymerases: Custom Search Engine[недоступне посилання з квітня 2019] at custom-search-engine.com
- Annual Review of Biochemistry: EUKARYOTIC DNA POLYMERASES [ 14 грудня 2007 у Wayback Machine.] at annualreviews.org
- , Ohio State University, July 25, 2006.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет