ДНК-зависимая ДНК-полимераза

ДНК-зависимая ДНК-полимераза
Трехмерная структура ДНК-связывающих спирально-шпилечных участков в человеческой бета-ДНК-полимеразе

ДНК-полимераза — фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты этого класса катализируют полимеризацию дезоксирибонуклеотидов вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведётся считывание. Собираемая молекула комплементарна шаблонной моноспирали и идентична второму компоненту двойной спирали.

Выделяют ДНК-зависимую ДНК-полимеразу (КФ 2.7.7.7), использующую в качестве матрицы одну из цепей ДНК, и РНК-зависимую ДНК-полимеразу (другое название обратная транскриптаза, КФ 2.7.7.49), способную также к считыванию информации с РНК (обратная транскрипция).

ДНК-полимеразу считают холоферментом, поскольку для нормального функционирования она требует присутствия ионов магния в качестве кофактора. В отсутствии ионов магния о ней можно говорить как об апоферментe.

ДНК-полимераза начинает репликацию ДНК, связываясь с отрезком цепи нуклеотидов. Среднее количество нуклеотидов, присоединяемое ферментов ДНК-полимеразой за один акт связывания/диссоциации с матрицей, называют процессивностью.

Содержание

Действие ДНК-полимеразы

ДНК-полимераза добавляет свободные нуклеотиды к 3’-концу собираемой цепочки. Это приводит к элонгации цепочки в направлении 5'-3'. Ни одна из известных ДНК-полимераз не может создать цепочку «с нуля»: они в состоянии лишь добавлять нуклеотиды к уже существующей 3’-гидроксильной группе. По этой причине ДНК-полимераза нуждается в праймере, к которому она могла бы добавить первый нуклеотид. Праймеры состоят из оснований РНК и ДНК, при этом первые два основания всегда РНК-основания. Праймеры синтезируются другим ферментом — праймазой. Еще один фермент — геликаза — необходим для раскручивания двойной спирали ДНК с формированием одноцепочечной структуры, которая обеспечивает репликацию обеих цепочек в соответствии с полуконсервативной моделью репликации ДНК.

Некоторые ДНК-полимеразы обладают также способностью исправлять ошибки во вновь собираемой цепочке ДНК. Если происходит обнаружение неправильной пары нуклеотидов, ДНК-полимераза откатывается на один шаг назад. Благодаря своему экзонуклеазному действию ДНК-полимераза может исключить неправильный нуклеотид из цепочки и затем вставить на его место правильный, после чего репликация продолжается в нормальном режиме.

Многообразие ДНК-полимераз

Структура ДНК-полимераз достаточно жестко фиксирована. Их каталитические субъединицы очень мало различаются в различных видах живых клеток. Такая фиксация структуры обычно появляется там, где отсутствие разнообразия обусловлено огромной важностью или даже незаменимостью для функционирования клетки.

Генами некоторых вирусов тоже кодируются особые ДНК-полимеразы, которые могут избирательно реплицировать вирусные ДНК. Ретровирусы обладают геном необычной ДНК-полимеразы, называемой еще обратной транскриптазой, являющейся РНК-зависимой ДНК-полимеразой и осуществляющей сборку ДНК на основе шаблонной РНК.

ДНК-полимераза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка, показанных разными цветами), лигирующая повреждённую цепь ДНК

Семейства ДНК-полимераз

На основании своей структуры ДНК-полимеразы могут быть разбиты на семь различных семейств: A, B, C, D, X, Y, и RT.

Семейство A

Семейство A включает в себя репликативные и восстановительные ДНК-полимеразы. Репликативные члены этого семейства представлены, например, хорошо исследованной ДНК-полимеразой вируса Т7 или эукариотической митохондриальной ДНК-полимеразой γ. Среди восстановительных полимераз мы находим такие примеры как ДНК-полимераза I E. coli, полимераза I из Thermus aquaticus или полимераза I Bacillus stearothermophilus. Восстановительные полимеразы участвуют в процессе устранения ошибок в собираемой ДНК, а также в обработке фрагментов Оказаки.

Семейство B

В семейство B в основном входят восстановительные полимеразы, в том числе основные эукариотические ДНК-полимеразы α, δ, и ε, а также ДНК-полимераза ζ. К этому семейству также относят ДНК-полимеразы некоторых бактерий и бактериофагов, например бактериофагов T4, Phi29 and RB69. Эти ферменты используются в синтезе и 3’-5’, и 5’-3’ моноцепей ДНК. Отличительной особенностью полимераз этого семейства является замечательная точность репликации. Многие также обладает сильным 3’-5’-экзонуклеазным действием (за исключением ДНК-полимераз α и ζ, у которых способности корректировать ошибки не наблюдается).

Семейство C

Полимеразы этого семейства — в основном бактериальные хромосомные репликативные ферменты, обладающие, кроме того, 3’-5’-экзонуклеазным действием.

Семейство D

Полимеразы этого семейства недостаточно изучены. Все известные образцы считаются репликативными полимеразами и обнаружены у архей субдомена Euryarchaeota.

Семейство X

К семейству Х относится широко известная эукариотическая ДНК-полимераза β, а также и другие, такие как σ, λ, μ и концевая дезоксинуклеотидил-трансфераза (TdT). ДНК-полимераза β необходимого для осуществления процесса восстановления поврежденных участков ДНК. Полимеразы λ и μ участвуют в негомологическом соединении — процессе восстановления разрывов двойной спирали.. TdT экспрессируется только в лимфоидной ткани и добавляет «n нуклеотидов» к разрывам двойной спирали, образующимся во время В(Р)С-рекомбинации. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae обладают лишь одной полимеразой X, Pol4, участвующей в негомологическом соединении.

Семейство Y

Полимеразы этого семейства отличаются от прочих низкой производительностью на целостных шаблонах, а также способностью осуществлять репликацию на шаблонах поврежденных ДНК. Вследствие этого члены семейства называются полимеразами транслезионного синтеза. В зависимости от характера повреждения (лезии) ТЛС-полимеразы могут восстановить исходную цепочку. Ошибка может и не быть восстановлена, что приводит к мутациям. Страдающие Xeroderma pigmentosum, например, обладают мутантным геном ДНК-полимеразы η (eta), который толерантен к повреждениям, однако другие полимеразы, например ζ (относящаяся к семейству B), страдают от мутациям, что, как считается, приводит к предрасположенности к онкологическим заболеваниям.

Другие члены этого семейства — человеческие полимеразы ι, κ, а также концевая дезоксинуклеотидил-трансфераза Rev1. У E.coli имеются две ТЛС-полимеразы: IV (DINB) и V (UMUC).

Семейство RT

Основная статья — Обратная транскриптаза

Семейство обратных транскриптаз (название семейства происходит от англ. reverse transcriptase) содержит полимеразы, обнаруженные как у ретровирусов, так и у эукариот. Они являются РНК-зависимыми ДНК-полимеразами, то есть, в отличие от описанных выше ферментов, используют в качестве матрицы для синтеза РНК, а не ДНК. Эукариотические полимеразы в основном представлены теломеразами. Эти полимеразы используют шаблонную РНК для синтеза цепочки ДНК.

Прокариотические ДНК-полимеразы

У бактерий обнаружено пять ДНК-полимераз:

  • ДНК-полимераза I задействована в восстановлении ДНК, обладает и 5'-3', и 3'-5'-экзонуклеазным действием;
  • ДНК-полимераза II участвует в репликации поврежденной ДНК. Обладает способностью 5'-3'-удлинения цепочки и 3'-5'-экзонуклеазным действием;
  • ДНК-полимераза III — основная полимераза бактерий, обладающая также 3'-5'-экзонуклеазным действием;
  • ДНК-полимераза IV, ДНК-полимераза семейства Y;
  • ДНК-полимераза V, ДНК-полимераза семейства Y, принимающая участие в пропуске поврежденных участков ДНК.

Эукариотические ДНК-полимеразы

Эукариоты содержат по меньшей мере пятнадцать видов ДНК-полимераз[1]:

  • ДНК-полимераза α выступает сначала в роли праймазы, синтезируя праймер ДНК, а затем как нормальная полимераза, присоединяя к этому праймеру нкулеотиды. После того, как длина цепочки достигнет около 20 нуклеотидов[2], к транскрипции приступают полимеразы δ и ε;
  • ДНК-полимераза β задействована в восстановлении ДНК;
  • Pol γ, осуществляющая репликацию митохондриальной ДНК;
  • ДНК-полимераза δ — основная полимераза эукариот. Она высокопроизводительна, а также обладает 3'-5'-экзонуклеазным действием;
  • ДНК-полимераза ε, иногда замещающая ДНК-полимеразу δ во время синтеза 3’-5’-моноспирали. Основное назначение этой полимеразы неясно;
  • ДНК-полимеразы η, ι, κ, и Rev1 из семейства Y, а также ζ из семейства B. Эти полимеразы задействованы в пропуске поврежденных участков ДНК[3].
  • Существуют также другие эукариотические ДНК-полимеразы, которые пока недостаточно изучены: θ, λ, φ, σ и μ.

Обнаружены и другие эукариотические полимеразы.

Ни одна эукариотическая полимераза не может отщеплять праймеры, то есть не обладает 5’-3’-экзонуклеазным действием. Эту функцию выполняют другие ферменты. Только полимеразы, осуществляющие элонгацию (γ, δ и ε) обладают 3'-5'-экзонуклеазными свойствами.

См. также

Ссылки

  1. I. Hubscher, U.; Maga, G.; Spadari, S. (2002) Eukaryotic DNA polymerases. Annual Review of Biochemistry 71, 133-63.
  2. J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer «Biochemie», Springer, Heidelberg/Berlin 2003
  3. 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.

Внешние ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

Полезное


Смотреть что такое "ДНК-зависимая ДНК-полимераза" в других словарях:

  • ДНК-зависимая РНК-полимераза — * ДНКзалежная РНК полімераза * DNA dependent RNA polymerase фермент, с участием которого происходит ДНК зависимый синтез РНК (см.). У прокариот существует два типа ДНК з. РНК п.: ДНК праймаза (см.) катализирует синтез РНК праймера () для… …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • ДНК-зависимая РНК-полимераза — Фермент, осуществляющий ДНК зависимый синтез РН ; у прокариот существует 2 типа ДНК з.РНК п.: ДНК праймаза катализирует синтез РНК затравки для фрагментов Оказаки при репликации ДНК, в то время как РНК полимераза синтезирует все остальные… …   Справочник технического переводчика

  • ДНК- зависимая РНК полимераза — Транскриптаза [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN DNA dependent RNA polymerase …   Справочник технического переводчика

  • ДНК-зависимая РНК-полимераза — DNA dependent RNA polymerase ДНК зависимая РНК полимераза. Фермент, осуществляющий ДНК зависимый синтез РНК <DNA dependent RNA synthesis>; у прокариот существует 2 типа ДНК з.РНК п.: ДНК праймаза <DNA primase> катализирует синтез РНК… …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • ДНК-зависимая ДНК-полимераза ДНКполимераза — ДНК зависимая ДНК полимераза, ДНКполимераза * ДНК залежная ДНК полімераза, ДНК полімераза * DNA dependent DNA polymerase or DNA polymerase фермент, катализирующий полимеризацию (см.) дезоксирибонуклеозидных трифосфатов в полимерную… …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • РНК-зависимая ДНК-полимераза — Обратная транскриптаза (также известная как ревертаза или РНК зависимая ДНК полимераза) фермент (КФ 2.7.7.49), катализирующий синтез ДНК на матрице РНК в процессе, называемом обратной транскрипцией. Называется так потому, что большинство… …   Википедия

  • РНК-зависимая ДНК-полимераза — * РНКзалежная ДНК полімераза * RNA dependent DNA polymerase …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • РНК-зависимая ДНК-полимераза — См. Обратная транскриптаза (Источник: «Словарь терминов микробиологии») …   Словарь микробиологии

  • РНК-зависимая ДНК-полимераза — РНК зависимая ДНК полимераза. См. ревертаза. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • Обратная транскриптаза РНК-зависимая ДНК-полимераза ревертаза — Обратная транскриптаза, РНК зависимая ДНК полимераза, ревертаза * зваротная транскрыптаза, РНК залежная ДНК полімераза, рэвертаза * reverse transcriptase or PTase or RNA dependent DNA polymerase ретровирусный многофункциональный фермент класса… …   Генетика. Энциклопедический словарь


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»