ԴՆԹ-պոլիմերազ

ԴՆԹ պոլիմերազ, ֆերմենտ, որը մասնակցում է ԴՆԹ-ի կրկնապատկման 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 Արխիվացված 2007-09-29 Wayback Machine), որը որպես կաղապար օգտագործում է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկը, և ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ (կոչվում է նաև՝ հակադարձ տրանսկրիպտազ ՖՀ 2.7.7.49 Արխիվացված 2007-09-29 Wayback Machine), 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

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

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

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

Ընտանիք A

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

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

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

Ընտանիք D

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

Ընտանիք X

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

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

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

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

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

Ծանոթություններ

↑ 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
↑ 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.
↑ 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
↑ 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
↑ 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
↑ 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
↑ Filée J, Forterre P, Sen-Lin T, Laurent J (2002 թ․ հունիս). «Evolution of DNA polymerase families: evidences for multiple gene exchange between cellular and viral proteins» (PDF). Journal of Molecular Evolution. 54 (6): 763–73. Bibcode:2002JMolE..54..763F. CiteSeerX 10.1.1.327.4738. doi:10.1007/s00239-001-0078-x. PMID 12029358. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2020 թ․ հուլիսի 29-ին. Վերցված է 2020 թ․ հունիսի 29-ին.
↑ Raia P, Carroni M, Henry E, Pehau-Arnaudet G, Brûlé S, Béguin P, Henneke G, Lindahl E, Delarue M, Sauguet L (2019 թ․ հունվար). «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. doi:10.1371/journal.pbio.3000122. PMC 6355029. PMID 30657780.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link)
↑ Boehm EM, Powers KT, Kondratick CM, Spies M, Houtman JC, Washington MT (2016 թ․ ապրիլ). «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. doi:10.1074/jbc.M115.697938. PMC 4861442. PMID 26903512.
↑ 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
↑ J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer «Biochemie», Springer, Heidelberg/Berlin 2003
↑ 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

Burgers P., Koonin E., Bruford E et al. Eukaryotic DNA polymerases: proposal for a revised nomenclature(անգլ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2001. — Т. 276. — № 47. — С. 43487—43490. — PMID 11579108. Архивировано из первоисточника 31 Մարտի 2009.

Արտաքին հղումներ

DNA Polymerases: Custom Search Engine(չաշխատող հղում) at custom-search-engine.com
Annual Review of Biochemistry: EUKARYOTIC DNA POLYMERASES Արխիվացված 2007-12-14 Wayback Machine at annualreviews.org
Unusual repair mechanism in DNA polymerase lambda, Ohio State University, July 25, 2006.

[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] Filée J, Forterre P, Sen-Lin T, Laurent J (2002 թ․ հունիս). «Evolution of DNA polymerase families: evidences for multiple gene exchange between cellular and viral proteins» (PDF). Journal of Molecular Evolution. 54 (6): 763–73. Bibcode:2002JMolE..54..763F. CiteSeerX 10.1.1.327.4738. doi:10.1007/s00239-001-0078-x. PMID 12029358. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2020 թ․ հուլիսի 29-ին. Վերցված է 2020 թ․ հունիսի 29-ին.

[pold-8] Raia P, Carroni M, Henry E, Pehau-Arnaudet G, Brûlé S, Béguin P, Henneke G, Lindahl E, Delarue M, Sauguet L (2019 թ․ հունվար). «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. doi:10.1371/journal.pbio.3000122. PMC 6355029. PMID 30657780.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link)

[9] Boehm EM, Powers KT, Kondratick CM, Spies M, Houtman JC, Washington MT (2016 թ․ ապրիլ). «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. doi:10.1074/jbc.M115.697938. PMC 4861442. PMID 26903512.

[10] :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] :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

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]