A DNS-polimeráz a DNS-replikációban részt vevő enzim . Az ebbe az osztályba tartozó enzimek katalizálják a dezoxiribonukleotidok polimerizációját a DNS - nukleotid lánc mentén , amelyet az enzim „beolvas” és templátként használ. Az új nukleotid típusát az a templáttal való komplementaritás elve határozza meg , amelyből a leolvasás történik. Az összeállított molekula komplementer a templát monotekercshez és azonos a kettős hélix második komponensével. [egy]
DNS-függő DNS-polimerázt izolálnak ( EC 2.7.7.7 Archivált : 2007. szeptember 29., a Wayback Machine -en ), templátként az egyik DNS-szálat és RNS-függő DNS-polimerázt (másik neve reverz transzkriptáz , EC 2.7.7.49 ) használva. 2007. szeptember 29-én kelt archív másolat a Wayback Machine -nél , amely képes az RNS-ből származó információk kiolvasására is ( fordított transzkripció ) [2] .
A DNS-polimerázt holoenzimnek tekintik, mert a megfelelő működéshez kofaktorként magnéziumionok jelenléte szükséges. Magnéziumionok hiányában apoenzimnek nevezhetjük . _
A DNS-polimeráz elindítja a DNS-replikációt a nukleotidlánc egy szegmenséhez való kötődéssel. A DNS polimeráz enzim által a templáthoz való kötődés/disszociáció egy mozzanata során hozzákapcsolt nukleotidok átlagos számát processzivitásnak nevezzük .
Mint tudják, a DNS-molekula két szála antiparallel. Ugyanannak a szálnak a különböző végeit 3'-végnek és 5'-végnek nevezzük. A replikáció folyamatos növekedéssel megy végbe mindkét új lánc nukleotidról nukleotidjára egyidejűleg. A templátot a DNS-polimeráz csak a 3'-5' irányban olvassa be, szabad nukleotidokat adva az összeállított lánc 3'-végéhez. Ezért a DNS-szintézis folyamatosan csak az egyik templátszálon megy végbe, amelyet " vezetőnek " neveznek. A második szálban (a " lemaradó ") a szintézis rövid fragmentumokban megy végbe .
Az ismert DNS-polimerázok egyike sem képes a semmiből láncot létrehozni: csak egy már meglévő 3'-hidroxilcsoporthoz képesek nukleotidokat adni. Emiatt a DNS-polimeráznak szüksége van egy primerre , amelyhez hozzáadhatja az első nukleotidot. A primerek RNS- és DNS-bázisokból állnak, az első két bázis mindig RNS-bázis. A primereket egy másik enzim - primáz szintetizálja . Egy másik enzimre, a helikázra van szükség a DNS kettős hélix feltekercseléséhez, hogy egyszálú szerkezetet hozzon létre, amely biztosítja mindkét szál replikációját a DNS-replikáció félig konzervatív modelljének megfelelően.
Egyes DNS-polimerázok arra is képesek, hogy kijavítsák az újonnan összeállított DNS-szál hibáit. Ha nem megfelelő bázispárt észlel, a DNS-polimeráz egy lépést visszagörget. A 3'-5'- exonukleáz hidrolitikus aktivitása miatt a DNS-polimeráz képes eltávolítani a rossz nukleotidot a láncból, majd a megfelelőt beilleszteni a helyére, ami után a replikáció normálisan folytatódik.
A DNS-polimerázok szerkezete meglehetősen mereven rögzített. Katalitikus alegységeik nagyon kevéssé különböznek a különböző típusú élő sejtekben. Ez a szerkezetrögzülés általában ott jelenik meg, ahol a diverzitás hiánya a sejt működéséhez szükséges nagy fontosságából vagy éppen nélkülözhetetlenségéből adódik.
Egyes vírusok génjei speciális DNS-polimerázokat is kódolnak, amelyek szelektíven képesek replikálni a vírus DNS-t. A retrovírusok szokatlan DNS-polimeráz génnel rendelkeznek, amelyet reverz transzkriptáznak is neveznek , amely egy RNS-függő DNS-polimeráz, amely templát RNS alapján állítja össze a DNS-t.
Szerkezetük alapján a DNS polimerázok hét különböző családba sorolhatók: A, B, C, D, X, Y és RT.
Az A család magában foglalja a replikatív és javító DNS polimerázokat. Ennek a családnak a replikatív tagjai például a jól tanulmányozott T7 vírus DNS polimeráz vagy az eukarióta mitokondriális DNS polimeráz γ . A reduktív polimerázok közül olyan példákat találunk, mint az E. coli DNS polimeráz I , a Thermus aquaticus polimeráz I vagy a Bacillus stearothermophilus polimeráz I. A helyreállító polimerázok részt vesznek az összeállított DNS hibakeresési folyamatában, valamint az Okazaki-fragmensek feldolgozásában .
A B család főként reduktív polimerázokat tartalmaz, beleértve a fő eukarióta DNS-polimerázokat (α, δ és ε), valamint a ζ DNS-polimerázt. Ez a család bizonyos baktériumok és bakteriofágok DNS-polimerázait is magában foglalja , például a T4, Phi29 és RB69 bakteriofágokat. Ezeket az enzimeket mind a 3'-5', mind az 5'-3' DNS monoszálak szintézisében használják. E családba tartozó polimerázok megkülönböztető jellemzője a replikáció figyelemre méltó hűsége. Sokan erős 3'-5'-exonukleáz aktivitással is rendelkeznek (kivéve az α és ζ DNS polimerázokat, amelyek nem képesek a hibák kijavítására) [3] .
Ennek a családnak a polimerázai főként bakteriális kromoszómális replikációs enzimek, amelyek emellett 3'-5'-exonukleáz aktivitással is rendelkeznek.
Ennek a családnak a polimerázait nem vizsgálták kellőképpen. Minden ismert példány replikatív polimeráznak minősül, és az Euryarchaeota aldomén archaeáiban található [ 4] .
Az X családba tartozik a jól ismert eukarióta DNS-polimeráz β, valamint mások, mint például a σ, λ, μ és a terminális dezoxinukleotidil-transzferáz (TdT). A β DNS polimeráz szükséges a sérült DNS szakaszok helyreállításához . A λ és μ polimerázok nem homológ kapcsolatban vesznek részt - a kettős hélix törések helyreállításának folyamatában. A TdT csak limfoid szövetben expresszálódik, és "n nukleotidot" ad a B (P) C rekombináció során kialakuló kettős hélix törésekhez . A Saccharomyces cerevisiae élesztőben csak egy polimeráz X, a Pol4 vesz részt a nem homológ vegyületben [5] .
Az ebbe a családba tartozó polimerázok különböznek a többitől az érintetlen templátokon való alacsony termelékenységükben, valamint a sérült DNS-templátokon való replikáció képességében. Ennek eredményeként a család tagjait transzléziós szintézis polimerázoknak nevezik. A károsodás (lézió) természetétől függően a TLS polimerázok visszaállíthatják az eredeti láncot. Előfordulhat, hogy a hibát nem lehet helyreállítani, ami mutációkhoz vezet. A Xeroderma pigmentosumban szenvedőknek például mutált η (eta) DNS-polimeráz génje van, amely károsodástűrő, de más polimerázok, mint például a ζ (a B családba tartozó), olyan mutációkban szenvednek, amelyekről úgy gondolják, hogy rákra való hajlamot okoznak.
A család további tagjai a humán ι és κ polimerázok, valamint a terminális dezoxinukleotidil-transzferáz Rev1. Az E. colinak két TLS polimeráza van: IV (DINB) és V (UMUC) [6] .
A reverz transzkriptáz család (a család elnevezése az angol. reverse transcriptase szóból származik ) a retrovírusokban és az eukariótákban egyaránt megtalálható polimerázokat tartalmazza. Ezek RNS-függő DNS-polimerázok, vagyis a fent leírt enzimekkel ellentétben nem DNS, hanem RNS szintéziséhez használják templátként. Az eukarióta reverz transzkriptázokat főként telomerázok képviselik . Ezek a polimerázok templát RNS-t használnak egy DNS-szál szintetizálására.
A baktériumoknak öt DNS-polimeráza van:
Az eukarióták legalább tizenötféle DNS-polimerázt tartalmaznak [7] :
Más eukarióta polimerázokat is találtak.
Egyetlen eukarióta polimeráz sem tud primereket hasítani, vagyis nincs 5'-3'-exonukleáz aktivitása. Ezt a funkciót más enzimek látják el. Csak az elongációt végző polimerázok (γ, δ és ε) rendelkeznek 3'-5'-exonukleáz tulajdonságokkal.