DNA-polymeras är ett enzym involverat i DNA-replikation . Enzymer av denna klass katalyserar polymerisationen av deoxiribonukleotider längs DNA- nukleotidkedjan , som enzymet "läser" och använder som mall. Typen av en ny nukleotid bestäms av principen om komplementaritet med mallen från vilken avläsningen utförs. Den sammansatta molekylen är komplementär till mallmonospiralen och identisk med den andra komponenten i dubbelhelixen. [ett]
DNA-beroende DNA-polymeras isoleras ( EC 2.7.7.7 Arkiverad 29 september 2007 på Wayback Machine ), med användning av en av DNA-strängarna som mall, och RNA-beroende DNA-polymeras (ett annat namn är omvänt transkriptas , EC 2.7.7.49 Arkivkopia daterad 29 september 2007 på Wayback Machine ), som också kan läsa information från RNA ( omvänd transkription ) [2] .
DNA-polymeras anses vara ett holoenzym eftersom det kräver närvaro av magnesiumjoner som en kofaktor för att fungera korrekt . I frånvaro av magnesiumjoner kan det hänvisas till som ett apoenzym .
DNA-polymeras börjar DNA-replikation genom att binda till ett segment av en kedja av nukleotider. Det genomsnittliga antalet nukleotider som binds av DNA-polymerasenzymet i en bindning/dissociation med mallen kallas processivitet .
Som ni vet är de två strängarna i DNA-molekylen antiparallella. De olika ändarna av samma sträng kallas 3'-änden och 5'-änden. Replikation sker genom kontinuerlig tillväxt nukleotid för nukleotid av båda nya kedjorna samtidigt. Mallen läses av DNA-polymeras endast i 3'-5'-riktningen, vilket tillsätter fria nukleotider till 3'-änden av den sammansatta kedjan. Därför sker DNA-syntes kontinuerligt endast på en av mallsträngarna, som kallas " ledande ". I den andra strängen (" lagging ") sker syntes i korta fragment .
Inget av de kända DNA-polymeraserna kan skapa en kedja från grunden: de kan bara lägga till nukleotider till en redan existerande 3'-hydroxylgrupp. Av denna anledning behöver DNA-polymeras en primer till vilken det kan lägga till den första nukleotiden. Primers är sammansatta av RNA- och DNA-baser, där de två första baserna alltid är RNA-baser. Primers syntetiseras av ett annat enzym- primas . Ett annat enzym, helicase , krävs för att avveckla DNA-dubbelhelixen för att bilda en enkelsträngad struktur som säkerställer replikering av båda strängarna i enlighet med den semi-konservativa modellen för DNA-replikation.
Vissa DNA-polymeraser har också förmågan att korrigera fel i den nymonterade DNA-strängen. Om ett felaktigt baspar upptäcks rullar DNA-polymeras tillbaka ett steg. På grund av dess 3'-5'- exonukleas hydrolytiska aktivitet kan DNA-polymeras ta bort fel nukleotid från kedjan och sedan sätta in den korrekta i dess ställe, varefter replikationen fortsätter normalt.
Strukturen hos DNA-polymeraser är ganska styvt fixerad. Deras katalytiska subenheter skiljer sig mycket lite åt i olika typer av levande celler. Denna fixering av struktur uppträder vanligtvis där bristen på mångfald beror på dess stora betydelse eller till och med oumbärlig för cellens funktion.
Generna från vissa virus kodar också för speciella DNA-polymeraser som selektivt kan replikera viralt DNA. Retrovirus har en ovanlig DNA-polymerasgen, även kallad omvänt transkriptas , som är ett RNA-beroende DNA-polymeras som sätter ihop DNA baserat på mall-RNA.
Baserat på deras struktur kan DNA-polymeraser klassificeras i sju olika familjer: A, B, C, D, X, Y och RT.
Familj A inkluderar replikativa och reparations-DNA-polymeraser. Replikativa medlemmar av denna familj är till exempel det väl studerade T7-virus-DNA-polymeraset eller det eukaryota mitokondriella DNA-polymeraset y . Bland de reduktiva polymeraserna finner vi exempel som E. coli DNA-polymeras I , Thermus aquaticus polymeras I eller Bacillus stearothermophilus polymeras I. Återställande polymeraser är involverade i processen för att felsöka det sammansatta DNA:t samt bearbeta Okazaki-fragment .
Familj B inkluderar huvudsakligen reduktiva polymeraser, inklusive de viktigaste eukaryota DNA-polymeraserna α, δ och ε, och DNA-polymeras ζ. Denna familj inkluderar också DNA-polymeraserna från vissa bakterier och bakteriofager , såsom bakteriofager T4, Phi29 och RB69. Dessa enzymer används i syntesen av både 3'-5' och 5'-3' DNA-monosträngar. En utmärkande egenskap hos polymeraserna i denna familj är den anmärkningsvärda troheten i replikationen. Många har också en stark 3'-5'-exonukleasaktivitet (med undantag för DNA-polymeraserna α och ζ, som inte har förmågan att korrigera fel) [3] .
Polymeraserna i denna familj är huvudsakligen bakteriella kromosomala replikativa enzymer, som dessutom har en 3'-5'-exonukleasaktivitet.
Polymeraserna i denna familj har inte studerats tillräckligt. Alla kända exemplar anses vara replikativa polymeraser och finns i archaea av Euryarchaeota- subdomänen [4] .
Familj X inkluderar det välkända eukaryota DNA-polymeraset β, såväl som andra såsom σ, λ, μ och terminalt deoxinukleotidyltransferas (TdT). DNA-polymeras β är nödvändigt för processen att reparera skadade DNA-sektioner . Polymeraserna λ och μ är involverade i en icke-homolog koppling - processen att reparera dubbla helixbrott. TdT uttrycks endast i lymfoid vävnad och lägger till "n nukleotider" till dubbla helixbrott som bildas under B(P)C-rekombination . Jästen Saccharomyces cerevisiae har bara ett polymeras X, Pol4 , involverat i den icke-homologa föreningen [5] .
Polymeraser av denna familj skiljer sig från andra i sin låga produktivitet på intakta mallar, såväl som förmågan att replikera på skadade DNA-mallar. Som ett resultat kallas medlemmar av familjen translesionala syntespolymeraser. Beroende på arten av skadan (lesionen) kan TLS-polymeraser återställa den ursprungliga kedjan. Felet kanske inte återställs, vilket leder till mutationer. Xeroderma pigmentosum- patienter har till exempel en muterad η (eta) DNA-polymerasgen som är skadetolerant, men andra polymeraser, såsom ζ (tillhör B-familjen), lider av mutationer som tros leda till cancerpredisposition.
Andra medlemmar av denna familj är de humana ι- och κ-polymeraserna, såväl som det terminala deoxinukleotidyltransferaset Rev1. E. coli har två TLS-polymeraser: IV (DINB) och V (UMUC) [6] .
Omvänt transkriptasfamiljen (namnet på familjen kommer från engelskan. reverse transcriptase ) innehåller polymeraser som finns i både retrovirus och eukaryoter. De är RNA-beroende DNA-polymeraser, det vill säga till skillnad från enzymerna som beskrivs ovan används de som mall för syntes av RNA, inte DNA. Eukaryota omvända transkriptaser representeras huvudsakligen av telomeraser . Dessa polymeraser använder mall-RNA för att syntetisera en DNA-sträng.
Bakterier har fem DNA-polymeraser:
Eukaryoter innehåller minst femton typer av DNA-polymeraser [7] :
Andra eukaryota polymeraser har också hittats.
Inte ett enda eukaryotiskt polymeras kan klyva primrar, det vill säga det har ingen 5'-3'-exonukleasaktivitet. Denna funktion utförs av andra enzymer. Endast polymeraser som utför förlängning (y, 5 och e) har 3'-5'-exonukleasegenskaper.