ԴՆԹ-պոլիմերազ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search
Մարդու բետա-ԴՆԹ-պոլիմերազի պարույր-կանթային ԴՆԹ-կապող հատվածների եռաչափ կառուցվածքը։ (PDB: 7ICG)

ԴՆԹ պոլիմերազ, ֆերմենտ, որը մասնակցում է ԴՆԹկրկնապատկման պրոցեսին։ Այս դասի ֆերմենտները կատալիզում են դեզօքսիռիբոնուկլեոտիդների պոլիմերացումը ԴՆԹ-ի շղթայի երկայնքով, որում կոդավորված ինֆորմացիան ֆերմենտը կարդում է՝ օգտագործելով որպես կաղապար։ Նոր մոլեկուլը հավաքվում է կոմպլիմենտարության սկզբունքի համաձայն։

Ֆերմենտը «կարդում է» կաղապար հանդիսացող շղթան և հերթական նուկլեոտիդն ընտրվում է լրացչության սկզբունքի համաձայն։ Նոր սինթեզված շղթան կոմպլեմենտար է (լրացնում է) ԴՆԹ-ի՝ կաղապար հանդիսացող շղթային և նույնությամբ կրկնում է վերջինիս երկրորդ շղթային[1]։

Տարբերում են ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ (ՖՀ 2.7.7.7), որը որպես կաղապար օգտագործում է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկը, և ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ (կոչվում է նաև՝ հակադարձ տրանսկրիպտազ ՖՀ 2.7.7.49), որը կարողանում է ինֆորմացիան կարդալ ՌՆԹ-ից, այսինքն՝ այս դեպքում որպես կաղապար հանդես է գալիս ՌՆԹ-ի շղթան (Հակադարձ տրանսկրիպտազ)[2]։ ԴՆԹ պոլիմերազը համարվում է հոլոֆերմենտ։ Նրա նորմալ ակտիվության համար անհրաժեշտ են մագնեզիումի իոններ, որպես կոֆակտոր։ Մագնեզիումի իոնների բացակայության դեպքում այն կարելի է համարել ապոֆերմենտ։

ԴՆԹ-պոլիմերազի աշխատանք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ԴՆԹ-ի կրկնապատկում

Ինչպես գիտենք ԴՆԹ-ի երկու շղթաները հակազուգահեռ են։ Դրա ծայրերը կոչվում են 3'-ծայր, 5'-ծայր։ Կրկնապատկումն իրականանում է սինթեզվող երկու շղթաների երկայնքով նուկլեոտիդների միաժամանակյա անընդհատ ավելացմամբ։ Միայն 3'-5' ուղղությամբ է ԴՆԹ-ն համարվում անընդհատ մատրիցա ԴՆԹ պոլիմերազի համար։ Այն ավելացնում է նոր նուկլեոտիդներ 3'-ծայրին և սկսում շղթայի սինթեզը։ ԴՆԹ-ի 3'-ծայրը համարվում է «առաջնորդող» (գլխավոր շղթա)։ 5'-ծայրից տրանսկրիպցիան կատարվում է կարճ հատվածներով, որոնք կոչվում են Օկազակիի հատվածներ։ Հայտնի ԴՆԹ պոլիմերազներից և ոչ մեկը չի կարող հավաքել նուկլեոտիդային շղթան զրոյից. դրանք կարող են միայն ավելացնել նուկլեոտիդներ արդեն գոյություն ունեցող շղթայի 3'-հիդրօքսիլային խմբին։ Դրա համար ԴՆԹ պոլիմերազին անհրաժեշտ է պրայմեր (պրայմեր, անգերենից թարգմանաբար նշանակում է մերան), որին նա կմիացնի առաջին նուկլեոտիդը։ Պրայմերը ռիբոնուկլեոտիդների փոքրիկ հատված է, որը սինթեզվում է պրայմազ ֆերմենտով։ Մեկ այլ ֆերմենտ, որը կոչվում է հելիկազ, անհրաժեշտ է ԴՆԹ-ի պարույրը ապապարուրելու համար։ Արդյունքում առաջանում են միաշղթա հատվածներ, որոնց վրա կիսակոնսերվատիվ մոդելով տեղի է ունենում կրկնապատկում։ Որոշ ԴՆԹ պոլիմերազներ կարող են ուղղել ԴՆԹ-ի շղթայի հավաքման ժամանակ առաջացած վրիպակները։ Եթե հայտնաբերվում են սխալ նուկլեոտիդային զույգեր, ԴՆԹ պոլիմերազը ցատկում է մեկ քայլ հետ։ Եվ շնորհիվ իր 3'-5' էկզոնուկլեազային հիդրոլիտային ակտիվության ԴՆԹ պոլիմերազը կարող է բացառել սխալ նուկլեոտիդը շղթայից և տեղադրել դրա տեղը ճիշտը։ Դրանից հետո ռեպլիկացիան կշարունակվի։

ԴՆԹ-պոլիմերազի տեսակներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

ԴՆԹ-պոլիմերազի կառուցվածքը խիստ ամրագրված է, ինչը նշանակում է, որ վերջինիս կատալիտիկ ենթամիավորները շատ քիչ են փոփոխվում տարբեր տեսակի բջիջների մոտ։ Կառուցվածքի այսպիսի կայունությունը սովարաբար դիտվում է այն դեպքերում, երբ շատ կարևոր է բացառել անգամ աննշան փոփոխությունները։

Որոշ վիրուսների գեներում նույնպես գաղտնագրված են հատուկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ, որոնք կարող են ընտրողաբար կրկնապատկել վիրուսային ԴՆԹ-ն։ Ռետրովիրուսներն ունեն ոչ սովորական ԴՆԹ-պոլիմերազ, այսպես կոչվող հակադարձ տրանսկրիպտազ, որն իրենից ներկայացնում է ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ։ Վերջինս ԴՆԹ-ի շղթան հավաքում է՝ հիմք ընդունելով ՌՆԹ-ի շղթան, այսինքն՝ կաղապարը ՌՆԹ-ն է։

ԴՆԹ-պոլիմերազի ընտանիքներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հիմք ընդունելով ԴՆԹ-պոլիմերազներիի կառուցվածքները, վերջիններիս կարելի է բաժանել յոթ ընտանիքների՝ A, B, C, D, X, Y, и RT.

Ընտանիք A[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ընտանիք A-ն իր մեջ ներառում է կրկնապատկող (ռեպլիկատիվ) և վերականգնող (ռեպարացիոն) ԴՆԹ-պոլիմերազները։ Կրկնապատկող ԴՆԹ-պոլիմերազներից է, օրինակ՝ շատ լավ ուսումնասիրած Т7 վիրուսի ԴՆԹ-պոլիմերազը կամ միտոքոնդրիումային ԴՆԹ-պոլիմերազ γ-ն։ Վերականգնող պոլիմերազներից է E. coli-ի, Thermus aquaticus-ի և Bacillus stearothermophilus-ի ԴՆԹ-պոլիմերազ I-ը։ Վերականգնող պոլիմերազները մասնակցում են նոր սինթեզվող ԴՆԹ-ի շղթայում սխալների հեռացման գործընթացին, ինչպես նաև Օկազակիի հատվածների վերամշակմանը։

Ընտանիք B[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ընտանիք B-ի մեջ մտնում են վերականգնող պոլիմերազները, այդ թվում հիմնական էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ α, δ, ε-ն և ԴՆԹ-պոլիմերազ ζ-ն։ Այս ընտանիքին են պատկանում նաև որոշ բակտերիաների և բակտերիոֆագերի ԴՆԹ-պոլիմերազները։ Ֆերմենտներն օգտագործվում են 3’-5’ և 5’-3’ ԴՆԹ-ի միաշղթաների սինթեզի համար։ Այս ընտանիքի պոլիմերազներին բնորոշ է կրկնապատկման ճշտությունը։ Մեծ մասն օժտված է նաև 3’-5’-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ (բացառությամբ ԴՆԹ-պոլիմերազ α-ի և ζ-ի, որոնց մոտ սխալներ ուղղելու կարողություն չի նկատվում)[3]։

Ընտանիք C[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս ընտանիքին պատկանող պոլիմերազները հիմնականում բակտերիալ քրոմոսոմային կրկնապակող ֆերմենտներ են, որոնք նաև օժված են 3’-5’-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։

Ընտանիք D[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս ընտանիքի պոլիմերազները բավարար ուսումնասիրված չեն։ Բոլոր հայտնի օրինակները համարվում են կրկնապատկող և հայտնաբերվել են արխեաների մոտ[4]։

Ընտանիք X[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

X ընտանիքին են պատկանում շատ հայտնի էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմարազ β-ն, ինչպես նաև ԴՆԹ-պոլիմերազ σ, λ, μ-ն ու ծայրային դեզօքսինուկլեոտիդ տարանսֆերազ ֆերմենտը (TdT)։ ԴՆԹ-պոլիմարազ β-ն մասնակցում է ռեպարացիային, այսինքն՝ ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների վերականգնմանը։ TdT-ն էքսպրեսիայի է ենթարկվում միայն լիմֆոիդ հյուսվածքներում և երկպարույրի՝ В(Р)С-ռեկոմբինացիայի ժամանակ առաջացած պատռված հատվածներում ավելացնում է «n նուկլեոտիդներ»։ Saccharomyces cerevisiae խմորասնկերում կա միայն պոլիմերազ X Pol4, որը լինում է ոչ հոմոլոգ միացություններում[5]։

Ընտանիք Y[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Այս ընտանիքի ներկայացուցիչները մնացածներից տարբերվում են իրենց ցածր էֆեկտիվությամբ։ Կախված վնասվածքի բնույթից, այս պոլիմերազները կարող են վերականգնել սկզբնական շղթան։ Սխալը կարող է նաև չուղղվել, ինչը կբերի մուտացիաների առաջացման։ Xeroderma pigmentosum հիվանդությամբ տառապողների մոտ․ օրինակ՝ հայտնաբերվել է ԴՆԹ-պոլիմերազ η-ն կոդավորող գենի մուտացիա, որի արդյունքում տվյալ ֆերմենտը դառնում է անտարբեր վնասվածքների նկատմամբ։

Ընտանիքի մյուս ներկայաչուցիչներն են մարդու պոլիմերազներ I, K-ն, նաև ծայրային դեզօքսինուկլեոտիլ տրանսֆերազը (Rev1)[6]։

Ընտանիք RT[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հակադարձ տրանսկրիպտազների ընտանիքն իր մեջ ներառում է պոլիմերազներ, որոնք հայտնաբերվել են և վիրուսների, և էուկարիոտների մոտ։ Դրանք ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազներ են, այսինքն՝ ի տարբերություն վերը նկարագրված ֆերմենտների, որպես կաղապար օգտագործում են ՌՆԹ-ի շղթան։ Էուկարիոտիկ հակադարձ տրանսկրիպտազները հիմնակաում ներկայացված են թելոմերազներով։

ընտանիք[7] ԴՆԹ-պոլիմերազի

տեսակները

Տաքսոնոմիա Օրինակներ Բնորոշ գիծ
A Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ Էուկարոտ և պրոկարիոտ T7 ԴՆԹ-պոլիմերազ, Pol I, Pol γ, θ և ν Երկու էկզոնուկլեազային դոմեն (3'-5' և 5'-3')
B Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ Էուկարոտ և պրոկարիոտ Pol II, Pol B, Pol ζ, Pol α, δ, և ε 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող); վիրուսայիններն օգտագործում են սպիտակուցային պրայմեր
C Կրկնապատկող պոլիմերազներ Պրոկարիոտ Pol III 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող)
D Կրկնապատկող պոլիմերազներ Euryarchaeota PolD (DP1/DP2 հետերոդիմեր)[8] RNA polymerase, 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող)
X Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ Էուկարոտ Pol β, Pol σ, Pol λ, Pol μ, և Terminal deoxynucleotidyl transferase կաղապարից անկախ 5' ֆոսֆատազ (միայն Pol β)
Y Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ Էուկարոտ և պրոկարիոտ Pol ι, Pol κ, Pol η,[9] Pol IV և Pol V
RT Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ Վիրուսներ, ռետրովիրուսներ և էուկարիտ Թելոմերազ, Հեպատիտ B-ի վիրուս ՌՆԹ-կախյալ

Պրոկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Բակտերիաների մոտ հայտնաբերված է հինգ ԴՆԹ-պոլիմերազ։

  • ԴՆԹ-պոլիմերազ I —մասնակցում է ԴՆԹ-ի վերականգնմանը, օժտված է 5'-3' և 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ II —մասնակցում է վնասված ԴՆԹ-ի վերականգնմանը։ Կարող է շղթան կտրել 5'-3' ուղղությամբ, օժտված է 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ III — բակտերիաների հիմնական պոլիմերազն է, որը նույնպես օժտված է 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ IV —Y ընտանիքի ԴՆԹ-պոլիմերազ է։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ V —Y ընտանիքի ԴՆԹ-պոլիմերազ է, որը մասնակցում է ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների բացթողմանը։

Էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էուկարիոտներն ունեն ամենաքիչը տասնհինգ տեսակ ԴՆԹ-պոլիմերազ[10]:

  • ԴՆԹ-պոլիմերազ α — սկզբում հանդես է գալիս որպես պրայմազա՝ սինթեզելու համար ՌՆԹ պրայմեր, ապա որպես նորմալ պոլիմերազ՝ այդ պրայմերին նուկլեոտիդներ ավելացնելու համար։ Այն բանից հետո, երբ շղթայի երկարությունը հասնում է մոտ քսան նուկլեոտիդ, սինթեզին միանում են δ- և ε-պոլիմերազները[11]։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ β — մասնակցում է ԴՆԹ-ի վերականգնմանը։
  • Pol γ — իրականացնում է միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ δ — Էուկարիոտների հիմնական պոլիմերազն է։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազ ε — 3’-5’-միաշղթայի սինթեզի ժամանակ երբեմն փոխարինում է ԴՆԹ-պոլիմերազ δ-ին։
  • ԴՆԹ-պոլիմերազներ η, ι, κ ևRev1 Y ընտանիքից, նաև ζ B ընտանիքից։ Այս պոլիմերազները մասնակցում են ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների բացթողմանը[12]։
  • Գոյություն ունեն նաև այլ էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ, որոն դեռ բավարար կերպով ուսումնասիրված չեն։

Ոչ մի էուկարիոտիկ պոլիմերազ չի կարող կտրել պրայմերները, այսինքն՝ օժտված չէ 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։ Այդ ֆունկցիան իրականացնում են այլ ֆերմենտներ։ 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ օժտված են միայն էլոնգացիա իրականացնող պոլիմերազները (γ, δ и ε)։

Տես նաև[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ծանոթություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. DNA polymerases : discovery, characterization, and functions in cellular DNA transactions. — Hackensack, NJ: World Scientific, 2010. — 1 online resource (xv, 321 pages) с. — ISBN 9789814299176, 9814299170
  2. T. A. Steitz DNA polymerases: structural diversity and common mechanisms // The Journal of Biological Chemistry. — 1999-06-18. — В. 25. — Т. 274. — С. 17395—17398. — ISSN 0021-9258.
  3. Magdalena Banach-Orlowska, Iwona J. Fijalkowska, Roel M. Schaaper, Piotr Jonczyk DNA polymerase II as a fidelity factor in chromosomal DNA synthesis in Escherichia coli // Molecular Microbiology. — 2005-10. — В. 1. — Т. 58. — С. 61—70. — ISSN 0950-382X. — doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04805.x
  4. Myron F. Goodman Error-prone repair DNA polymerases in prokaryotes and eukaryotes // Annual Review of Biochemistry. — 2002. — Т. 71. — С. 17—50. — ISSN 0066-4154. — doi:10.1146/annurev.biochem.71.083101.124707
  5. Jennifer Yamtich, Joann B. Sweasy DNA polymerase family X: function, structure, and cellular roles // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2010-5. — В. 5. — Т. 1804. — С. 1136—1150. — ISSN 0006-3002. — doi:10.1016/j.bbapap.2009.07.008
  6. Haruo Ohmori, Tomo Hanafusa, Eiji Ohashi, Cyrus Vaziri Separate roles of structured and unstructured regions of Y-family DNA polymerases // Advances in Protein Chemistry and Structural Biology. — 2009. — Т. 78. — С. 99—146. — ISSN 1876-1631. — doi:10.1016/S1876-1623(08)78004-0
  7. «Evolution of DNA polymerase families: evidences for multiple gene exchange between cellular and viral proteins»։ Journal of Molecular Evolution 54 (6): 763–73։ June 2002։ Bibcode:2002JMolE..54..763F։ PMID 12029358։ doi:10.1007/s00239-001-0078-x 
  8. «Structure of the DP1-DP2 PolD complex bound with DNA and its implications for the evolutionary history of DNA and RNA polymerases»։ PLOS Biology 17 (1): e3000122։ January 2019։ PMC 6355029 ։ PMID 30657780 ։ doi:10.1371/journal.pbio.3000122 
  9. «The Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA)-interacting Protein (PIP) Motif of DNA Polymerase η Mediates Its Interaction with the C-terminal Domain of Rev1»։ The Journal of Biological Chemistry 291 (16): 8735–44։ April 2016։ PMC 4861442։ PMID 26903512։ doi:10.1074/jbc.M115.697938 
  10. doi:10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041
    This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand
  11. J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer «Biochemie», Springer, Heidelberg/Berlin 2003
  12. doi:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133250
    This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]