DNA-polymeraasi on entsyymi , joka osallistuu DNA:n replikaatioon . Tämän luokan entsyymit katalysoivat deoksiribonukleotidien polymeroitumista pitkin DNA:n nukleotidiketjua , jota entsyymi "lukee" ja käyttää templaattina. Uuden nukleotidin tyyppi määräytyy komplementaarisuuden periaatteen mukaan templaatin kanssa, josta lukeminen suoritetaan. Kokoonpantu molekyyli on komplementaarinen mallimonokeran kanssa ja identtinen kaksoiskierteen toisen komponentin kanssa. [yksi]
DNA-riippuvainen DNA-polymeraasi eristetään ( EC 2.7.7.7 , arkistoitu 29. syyskuuta 2007 Wayback Machinella ) käyttämällä yhtä DNA-säikeistä templaattina ja RNA-riippuvaista DNA-polymeraasia (toinen nimi on käänteiskopioija , EC 2.7.7.49). Arkistokopio , joka on päivätty 29. syyskuuta 2007 Wayback Machinessa , joka pystyy myös lukemaan tietoa RNA:sta ( käänteinen transkriptio ) [2] .
DNA-polymeraasia pidetään holoentsyyminä , koska se vaatii magnesium - ionien läsnäoloa kofaktorina toimiakseen kunnolla . Magnesium - ionien puuttuessa sitä voidaan kutsua apoentsyymiksi .
DNA-polymeraasi aloittaa DNA:n replikaation sitoutumalla nukleotidiketjun segmenttiin. DNA-polymeraasientsyymin kiinnittämien nukleotidien keskimääräistä määrää templaatin kanssa yhdessä sitoutumis-/dissosiaatiovaiheessa kutsutaan prosessiivisuudeksi .
Kuten tiedät, DNA-molekyylin kaksi juostetta ovat vastakkaisia. Saman säikeen eri päitä kutsutaan 3'-pääksi ja 5'-pääksi. Replikaatio tapahtuu jatkuvalla kasvulla molemmissa uusissa ketjuissa nukleotidi kerrallaan. DNA-polymeraasi lukee templaattia vain 3'-5'-suunnassa lisäämällä vapaita nukleotideja kootun ketjun 3'-päähän. Siksi DNA-synteesi tapahtuu jatkuvasti vain yhdessä templaattisäikeistä, jota kutsutaan " johtaviksi ". Toisessa juosteessa (" lagging ") synteesi tapahtuu lyhyinä fragmentteina .
Mikään tunnetuista DNA-polymeraaseista ei pysty luomaan ketjua tyhjästä: ne pystyvät vain lisäämään nukleotideja jo olemassa olevaan 3'-hydroksyyliryhmään. Tästä syystä DNA-polymeraasi tarvitsee alukkeen , johon se voi lisätä ensimmäisen nukleotidin. Alukkeet koostuvat RNA- ja DNA-emäksistä, joista kaksi ensimmäistä emästä ovat aina RNA-emäksiä. Alukkeita syntetisoi toinen entsyymi - primaasi . Toinen entsyymi, helikaasi , tarvitaan purkamaan DNA:n kaksoiskierre muodostamaan yksijuosteinen rakenne, joka varmistaa molempien juosteiden replikaation DNA:n replikaation puolikonservatiivisen mallin mukaisesti.
Joillakin DNA-polymeraaseilla on myös kyky korjata virheet vasta kootussa DNA-juosteessa. Jos havaitaan väärä emäspari, DNA-polymeraasi rullaa yhden askeleen taaksepäin. 3'-5'- eksonukleaasihydrolyyttisen aktiivisuutensa ansiosta DNA-polymeraasi voi poistaa väärän nukleotidin ketjusta ja lisätä sitten oikean nukleotidin paikalleen, minkä jälkeen replikaatio jatkuu normaalisti.
DNA-polymeraasien rakenne on melko jäykästi kiinteä. Niiden katalyyttiset alayksiköt eroavat hyvin vähän erityyppisissä elävissä soluissa. Tämä rakenteen kiinnittyminen ilmenee yleensä siellä, missä monimuotoisuuden puute johtuu sen suuresta merkityksestä tai jopa välttämättömyydestä solun toiminnalle.
Joidenkin virusten geenit koodaavat myös erityisiä DNA-polymeraaseja, jotka voivat selektiivisesti replikoida virus-DNA:ta. Retroviruksilla on epätavallinen DNA-polymeraasigeeni, jota kutsutaan myös käänteiskopioijaksi , joka on RNA:sta riippuvainen DNA-polymeraasi, joka kokoaa DNA:ta templaatti-RNA:n perusteella.
DNA-polymeraasit voidaan rakenteensa perusteella luokitella seitsemään eri perheeseen: A, B, C, D, X, Y ja RT.
Perhe A sisältää replikatiiviset ja korjaavat DNA-polymeraasit. Tämän perheen replikatiivisia jäseniä ovat esimerkiksi hyvin tutkittu T7-viruksen DNA-polymeraasi tai eukaryoottinen mitokondrio - DNA-polymeraasi y . Pelkistävästä polymeraasista löytyy esimerkkejä, kuten E. colin DNA-polymeraasi I , Thermus aquaticus -polymeraasi I tai Bacillus stearothermophilus -polymeraasi I. Restoratiiviset polymeraasit ovat mukana kootun DNA:n virheenkorjausprosessissa sekä Okazaki-fragmenttien käsittelyssä .
Perhe B sisältää pääasiassa pelkistäviä polymeraaseja, mukaan lukien tärkeimmät eukaryoottiset DNA-polymeraasit α, δ ja e, ja DNA-polymeraasi ζ. Tämä perhe sisältää myös joidenkin bakteerien ja bakteriofagien DNA-polymeraasit , kuten bakteriofagien T4, Phi29 ja RB69. Näitä entsyymejä käytetään sekä 3'-5'- että 5'-3'-DNA-monosäikeiden synteesissä. Tämän perheen polymeraasien erottuva piirre on huomattava replikaation tarkkuus. Monilla on myös vahva 3'-5'-eksonukleaasiaktiivisuus (poikkeuksena DNA-polymeraasit α ja ζ, joilla ei ole kykyä korjata virheitä) [3] .
Tämän perheen polymeraasit ovat pääasiassa bakteerien kromosomaalisia replikatiivisia entsyymejä, joilla on lisäksi 3'-5'-eksonukleaasiaktiivisuutta.
Tämän perheen polymeraaseja ei ole tutkittu riittävästi. Kaikkia tunnettuja yksilöitä pidetään replikatiivisina polymeraaseina, ja niitä löytyy Euryarchaeota - alialueen arkeista [4] .
Perhe X sisältää hyvin tunnetun eukaryoottisen DNA-polymeraasin β, samoin kuin muut, kuten σ, λ, μ ja terminaalisen deoksinukleotidyylitransferaasin (TdT). DNA-polymeraasi β on välttämätön vaurioituneiden DNA-osien korjausprosessissa . Polymeraasit λ ja μ ovat mukana ei-homologisessa yhteydessä - kaksoiskierteen katkeamisten korjaavassa prosessissa.TdT ilmentyy vain lymfoidikudoksessa ja lisää "n nukleotidia" kaksoiskierteen katkeamiin, jotka muodostuvat B (P) C -rekombinaation aikana . Saccharomyces cerevisiae -hiivalla on vain yksi polymeraasi X, Pol4 , joka osallistuu ei-homologiseen yhdisteeseen [5] .
Tämän perheen polymeraasit eroavat muista alhaisella tuottavuudellaan ehjillä templaatteilla sekä kyvyllään replikoitua vaurioituneilla DNA-templaateilla. Tämän seurauksena perheen jäseniä kutsutaan translesionaalisiksi synteesipolymeraaseiksi. Vaurion (leesion) luonteesta riippuen TLS-polymeraasit voivat palauttaa alkuperäisen ketjun. Virhettä ei ehkä saada takaisin, mikä johtaa mutaatioihin. Esimerkiksi Xeroderma pigmentosumista kärsivillä on mutatoitunut η (eta) DNA-polymeraasigeeni, joka on vaurioita sietävä, mutta muut polymeraasit, kuten ζ (joka kuuluu B-perheeseen), kärsivät mutaatioista, joiden uskotaan johtavan syöpäalttiuteen.
Muita tämän perheen jäseniä ovat ihmisen ι- ja κ-polymeraasit sekä terminaalinen deoksinukleotidyylitransferaasi Rev1. E. colilla on kaksi TLS-polymeraasia: IV (DINB) ja V (UMUC) [6] .
Käänteistranskriptaasiperhe (perheen nimi tulee englannin kielestä. reverse transcriptase ) sisältää polymeraaseja, joita löytyy sekä retroviruksista että eukaryooteista. Ne ovat RNA-riippuvaisia DNA-polymeraaseja, eli toisin kuin edellä kuvatut entsyymit, niitä käytetään templaattina RNA:n synteesiin, ei DNA:n. Eukaryoottisia käänteistranskriptaaseja edustavat pääasiassa telomeraasit . Nämä polymeraasit käyttävät templaatti-RNA:ta DNA-juosteen syntetisoimiseen.
Bakteereilla on viisi DNA-polymeraasia:
Eukaryootit sisältävät vähintään viisitoista tyyppiä DNA-polymeraaseja [7] :
Myös muita eukaryoottisia polymeraaseja on löydetty.
Yksikään eukaryoottinen polymeraasi ei pysty pilkkomaan alukkeita, eli sillä ei ole 5'-3'-eksonukleaasiaktiivisuutta. Tämän toiminnon suorittavat muut entsyymit. Vain pidentymistä suorittavilla polymeraaseilla (y, 8 ja e) on 3'-5'-eksonukleaasiominaisuuksia.