DNR polimerazė

DNR replikacijos schema, kur pavaizduota DNR matrica (1), replikacinė šakutė (2), DNR polimerazė (3) DNR ligazė (4) Okazaki fragmentai (5), atsiliekančioji grandinė (6) ir pirmaujanti grandinė (7).

DNR polimerazės – pagrindiniai DNR sintezės (replikacijos) procese dalyvaujantys fermentai, atsakingi už genetinės medžiagos dvigubėjimą, kuris įvyksta prieš ląstelės dalijimąsi.

Polimerazė nėra vienintelis DNR sintezėje dalyvaujantis fermentas ir pati viena negali pradėti šio proceso bet kurioje DNR vietoje. Fermentui veikti reikalinga viengrandė DNR, kurios 3' krašte prikibęs nedidelis pagrindinei DNR komplementarus gabaliukas (pradmuo, angl. primer). Polimerazė tęsia šį pradmenį. Naujai sintetinamos DNR seka komplementari (A prieš T, T prieš A, G prieš C ir C prieš G) kaip matrica naudojamos senos DNR sekai:

Organizmuose DNR paprastai būna dvigrandė. Kad polimerazė galėtų dirbti, grandines atskiria kitas fermentas (helikazė).

DNR polimerazės (EC 2.7.7.7), pasižyminčios didele dydžių įvairove, skirtingu tikslumu, yra labai svarbios ne tik genetinės informacijos perdavime iš kartos į kartą, bet ir naudojamos moksliniuose tyrimuose, genetinių sutrikimų diagnostikoje, patogeninių mikroorganizmų (pvz., virusų) aptikime, teisminėje ekspertizėje ir kt.

Eukariotų DNR polimerazės

Eukariotuose randamos DNR polimerazės:

• Pol α: sintetina RNR pradmenį (praimazė), dalyvauja vėluojančios grandinės replikacijoje.
• Pol β: dalyvauja DNR reparacijoje.
• Pol γ: atlieka mitochondrinės DNR replikaciją, tad randama tik mitochondrijose.
• Pol δ: pagrindinė eukariotų polimerazė, kuri atlieka pirmaujančios grandinės replikaciją.
• Pol ε: dalyvauja replikacijoje.

Prokariotų DNR polimerazės

Geriausiai ištirta E.coli replikacija. Šiose bakterijose randamos 5 DNR polimerazės:

• Pol I: dalyvauja DNR reparacijoje, RNR pradmens išpjovime; turi 5'->3', 3'->5' egzonukleazinius ir polimerazinį aktyvumus.
• Pol II: dalyvauja reparacijoje; 3'->5' egzonukleazinis ir polimerazinis aktyvumai.
• Pol III: pagrindinė prokariotų polimerazė, ilginanti sintetinamą DNR grandinę, 3'->5' egzonuklezinis ir polimerazinis aktyvumai.
• Pol IV ir Pol V.

Taq polimerazė I

Taq DNR polimerazės dešinę ranką primenanti struktūra. Ant delno guli DNR fragmentas (raudona spalva viena DNR grandis, o mėlyna kita)

Taq polimerazė I, išskirta iš Thermus aquaticus bakterijų (išskirtos 1969 m. iš Jeloustono nacionaliniame parke esančių karštųjų versmių), atlieka

• DNR reparacijos ir
• RNR pradmenų išpjovimo iš Okazaki fragmentų funkcijas.

Taq polimerazės I struktūra ir funkcijos yra panašios į E. coli DNR polimerazės I struktūrą ir funkcijas. Taq DNR polimerazė I turi du jungtuku (290–305 am.r. liekanos) atskirtus domenus:

• N galinį domeną (1–289 am. r. liekanos), turintį 5‘ nukleazinį aktyvumą ir
• C galinį, dar vadinamą KlentaqI, domeną (306–832 am.r. liekanos), turintį DNR polimerazinį aktyvumą. Šiame domene yra ir struktūrinis E.coli DNR polimerazėje I esančio 3‘ → 5‘ egzonukleazinį aktyvumą turinčio domeno analogas. Pastarasis aktyvumas Taq DNR polimerazėje nepasireiškia.

Taq DNR polimerazės struktūra labai panaši į dešinę ranką, kurioje yra „delnas“, „pirštai“, „nykštys“ ir DNR rišantis griovys. Aktyvus centras (koncervatyvus visoms polimerazėms), sudarytas iš trijų rūgštinių aminorūgščių liekanų (Asp785, Glu786 ir Asp610), lokalizuotas „delne“, formuojanačiame DNR rišančio griovio pagrindą. Manoma, jog nukleotido prijungimo prie pradmens reakcijoje dalyvauja du metalo jonai (Mg2+), kurie deprotonizuoja pradmens 3‘ – OH grupę ir dalyvauja nueinant pirofosfatui. Sintezės metu vyksta matricos / pradmens translokacija taip, kad polimerazės aktyviajame centre vis atsidurtų nauja heterociklinė bazė.

Taq DNR polimerazė – vienas iš svarbiausių dabartinės molekulinės biologijos įrankių – įgalino patobulinti 1983 m Kary Mullio išrastą ir dabar labai plačiai naudojamą PGR metodą. Polimerazių svarbą rodo tai, kad Taq DNR polimerazė 1989 m. „Science“ žurnalo buvo paskelbta metų molekule, o PDB svetainėje 2000 m. kovo mėnesį DNR polimerazė buvo paskelbta mėnesio molekule.

Taip pat skaitykite

• Polimerazinė grandininė reakcija

Nuorodos

• Paveikslas (angl.), kuriame galima vizualiai palyginti eukariotų ir prokariotų replikacijoje dalyvaujančių baltyminių kompleksų sudėtingumą.
• Filmukas, kuriame parodomi Taq DNR polimerazės konformaciniai pakitimai įjungiant į DNR grandinę naują nukleotidą Archyvuota kopija 2006-11-20 iš Wayback Machine projekto.