DNA polymeráza: Rozdiel medzi revíziami

Smazaný obsah Přidaný obsah

V textu

Verzia z 20:20, 19. apríl 2017

DNA polymerázy sú enzýmy schopné syntetizovať nové vlákno DNA na základe predlohy vo forme komplementárneho vlákna. Ich rola v bunke spočíva v replikácii DNA. Existuje niekoľko prokaryotických a eukaryotických DNA polymeráz, ktoré sa navzájom odlišujú presnosťou replikácie, schopnosťou opravovať spôsobené chyby a schopnosťou odbúravať vlákno na 5' konci DNA. Ich spoločnou vlastnosťou, ktorá je daná ich funkciou, je schopnosť pripájať deoxyribonukleotid monofosfáty (dNMP) k 3'-OH koncu syntetizovaného reťazca. Spôsobujú tak polymeráciu jedného vlákna DNA v smere od 5' konca ku 3' koncu, hovorí sa teda, že majú 5'-3' polymerázovú aktivitu ^[1].

Dodatočná funkcia väčšiny DNA polymeráz je 3'-5'-exonukleázová aktivita, vďaka ktorej sa môže polymeráza "vrátiť" a odbúrať práve syntetizovanú dvojicu nukleotidov. Táto aktivita je dôležitá pre minimalizáciu nepresností pri replikácii DNA. Ďalšou dodatočnou, ale skôr vzácnou funkciou, je 5'-3' exonukleázová aktivita, vďaka ktorej môžu niektoré DNA polymerázy odbúravať primery a DNA opravovať.^[1]

Podobne, ako iné enzýmy interagujúce s DNA, potrebuje DNA polymeráza pre svoju aktivitu horečnaté katióny Mg⁺, ktoré stabilizujú záporne nabité fosfátové skupiny DNA. Monoméry DNA sa reakcie polymerácie zúčastňujú ako deoxyribonukleotid trifosfáty a energia pre tvorbu fosfodiesterovej väzby medzi fosfátom a voľnou 3'-OH skupinou syntetizovaného vlákna je dodaná rozštiepením začleňovaného deoxynukleotid trifosfátu na deoxynukleotid monofosfát a pyrofosfát.^[1]

Prokaryotické DNA polymerázy

Bakteriálne DNA polymerázy sa označujú rímskymi číslicami.

Polymeráza	Štruktúrny gén	Podjednotky	Molekulová hmotnosť v Daltonoch	3'-5' exonukleázová aktivita	5'-3' exonukleázová aktivita	Rýchlosť polymerizácie (nukleotidov/s)	Procesivita (počet pridaných nukleotidov pred disociáciou)
DNA polymeráza I	polA	1	103 000	áno	áno	10-20	3-200
DNA polymeráza II	polB	7	88 000	áno	nie	40	1500
DNA polymeráza III	polC (dnaE)	10 a viac	791 500	áno	nie	250-1 000	nad 500 000

DNA polymeráza I

DNA polymeráza I je prvou DNA polymerázou izolovanou z bakteriálneho kmeňa E. coli. Už krátko po jej objave vyšlo najavo, že nie je vhodná pre replikáciu celého genómu E. coli - jej nameraná rýchlosť je 100x pomalšia ako rýchlosť pohybu replikačnej vidličky a má veľmi nízku procesivitu (schopnosť vykonávať činnosť nepretržite). Na rozdiel od ostatných polymeráz však má 5'-3' exonukleázovú aktivitu, vďaka ktorej môže odbúravať nukleotidy (či už DNA alebo RNA vlákna), ktoré by inak bránili polymeráze v pohybe v smere od 5' konca ku 3' koncu syntetizovaného vlákna. Vďaka tejto schopnosti hrá DNA polymeráza I rolu v odbúravaní primerov, rekombinácii a pri oprave DNA. 5'-3' exonukleázovú aktivitu zabezpečuje malý fragment, ktorý je možné od zvyšku enzýmu oddeliť miernou proteolýzou. Zvyšok enzýmu (tzv. veľký alebo Klenowov fragment) si v takom prípade zachováva 5'-3' polymerázovú a 3'-5' exonukleázovú aktivitu.^[1]

DNA polymeráza II

DNA polymeráza II na rozdiel od DNA polymerázy I nemá 5'-3' exonukleázovú aktivitu. Skladá sa až zo siedmich podjednotiek, DNA syntetizuje približne 2x rýchlejšie a má tiež niekoľkonásobne vyššiu procesivitu. Napriek tomu však jej vlastnosti nie sú dostatočné pre replikáciu celého genómu baktérie.^[1]

DNA polymeráza III

DNA polymeráza III je hlavná DNA polymeráza v E. coli. Podobne, ako DNA polymeráze II, jej chýba 5'-3' exonukleázová aktivita, jej rýchlosť je však asi 100x vyššia ako rýchlosť DNA polymerázy I. Za jednu sekundu teda pripojí k jednému vláknu 250-1 000 nukleotidfosfátov. Skladá sa z 13 podjednotiek označovaných gréckymi písmenami - α podjednotka zodpovedá za polymeráciu a ε podjednotka za 3'-5' exonukleázovú aktivitu. Zvyšné jednotky tvoria telo enzýmu, pričom dôležité sú β podjednotky, ktoré fungujú ako zverák a zabezpečujú, aby sa komplex neoddisocioval od vlákna DNA, čiže vysokú procesivitu.^[1]^[2]

Eukaryotické DNA polymerázy

Eukaryotické DNA polymerázy sú štruktúrne a funkčne podobné polymerázam prokaryotickým. Skladajú sa z viacerých podjednotiek a označujú sa gréckymi písmenami.^[1]

DNA polymeráza α

DNA polymeráza α svojou funkciou vybočuje z rady ostatných DNA polymeráz. Nemá 3'-5' exonukleázovú aktivitu a pravdepodobne hrá rolu len v syntéze krátkych primerov, či už z RNA alebo z DNA, tvoriacich Okazakiho fragmenty.^[1]

DNA polymeráza β

DNA polymeráza β hrá rolu predovšetkým pri oprave DNA, konkrétne v miestach, na ktorých boli nukleotidové báze chemicky modifikované (oxidáciou, metyláciou a pod.).^[1]

DNA polymeráza γ

DNA polymeráza γ je živočíšna DNA polymeráza, ktorá slúži exkluzívne na replikáciu DNA v mitochonriách, v ktorých hrá rolu aj v oprave DNA a v jej rekombinácii.^[3]

DNA polymeráza δ

DNA polymeráza δ je hlavnou eukaryotickou polymerázou. Asociuje s proteínom PCNA (z angl. proliferating cell nuclear antigen), ktorý je štruktúrne veľmi podobný β podjednotke bakteriálnej DNA polymerázy III a tak aj funguje - výrazne zlepšuje procesivitu DNA polymerázy δ. DNA polymeráza δ má schopnosť 3'-5' exonukleázovej aktivity a pri replikácii sa podieľa na syntéze vedúceho aj oneskorujúceho sa vlákna.^[1]

DNA polymeráza ε

DNA polymeráza ε v niektorých prípadoch nahradzuje DNA polymerázu δ, predovšetkým pri oprave DNA a pravdepodobne aj pri 5'-3' exonukleázovej aktivite, pri ktorej odbúrava primery (podobne ako prokaryotická DNA polymeráza I).^[1]

Reverzná transkriptáza

Reverzná transkriptáza je RNA závislá DNA polymeráza, syntetizuje nové vlákno DNA komplementárne k existujúcemu vláknu RNA. Navyše má schopnosť odbúravať RNA vlákno, ktoré je komplementárne spárované k DNA vláknu. Reverznú transkriptázu využívajú retrovírusy na prepis svojej RNA do DNA, ktorú následne začleňujú do genómu hostiteľskej bunky. Ide napríklad o vírus hepatitídy B alebo HIV.

Využitie vo výskume

DNA polymeráza je jeden z najdôležitejších enzýmov, ktoré sú vedecky využívané pri práci s DNA, konkrétne pre jej amplifikáciu, klonovanie a sekvenáciu. Pre účely molekulárnej biológie boli izolované termostabilné DNA polymerázy, predovšetkým z bakteriálnych a archeálnych organizmov žijúcich v morských hlbinách. Tieto DNA boli pre vedecké účely ďalej modifikované mutáciami, aby bola ich aktivita zlepšená v prospech daného účelu. Doposiaľ najväčšie využite nachádzajú DNA polymerázy v tzv. polymerázovej reťazovej reakcii, vďaka ktorej môžu vedci amplifikovať z jednej molekuly templátovej DNA ľubovoľný úsek DNA.^[1]

Referencie

↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l NELSON, David L.; COX, Michael M.. Lehninger Principles of Biochemistry. 6. vyd. New York : W. H. Freeman and Company, 2013. ISBN 978-1-4641-0962-1. (anglicky)
↑ KOLEKTÍV AUTOROV. Biochemie - Základní kurz. 3. vyd. Praha : Učební texty Univerzity Karlovy v Praze, 2000. (česky)
↑ KAGUNI, L. S.. DNA polymerase gamma, the mitochondrial replicase. Annual review of biochemistry, 2004, s. 293-320. (anglicky)

Pozri aj

[Lehn-1] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l NELSON, David L.; COX, Michael M.. Lehninger Principles of Biochemistry. 6. vyd. New York : W. H. Freeman and Company, 2013. ISBN 978-1-4641-0962-1. (anglicky)

[bch-2] KOLEKTÍV AUTOROV. Biochemie - Základní kurz. 3. vyd. Praha : Učební texty Univerzity Karlovy v Praze, 2000. (česky)

[Koch-3] KAGUNI, L. S.. DNA polymerase gamma, the mitochondrial replicase. Annual review of biochemistry, 2004, s. 293-320. (anglicky)

[1]

[2]

[3]

@@ Riadok 1: / Riadok 1: @@
 [[Súbor:DNA_polymerase.png|náhľad|3D štruktúra DNA väzby [[helix-hairpin-helix]] motívy v ľudskej DNA polymeráze beta]]
-'''DNA polymerázy''' sú [[enzým]]y schopné syntetizovať nové vlákno [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]] na základe predlohy vo forme vlákna komplementárneho a ich rola v bunke spočíva v [[replikácia DNA|replikácii]] DNA. Existuje niekoľko prokaryotických a eukaryotických DNA polymeráz, ktoré sa navzájom odlišujú presnosťou replikácie, schopnosťou opravovať spôsobené chyby a schopnosťou odbúravať vlákno na 5' konci DNA. Ich spoločnou vlastnosťou, ktorá je daná ich funkciou, je schopnosť pripájať deoxyribonukleotid monofosfáty (dNMP) k 3'-OH koncu syntetizovaného reťazca. Spôsobujú tak polymeráciu jedného vlákna DNA v smere od 5' konca ku 3' koncu, hovorí sa teda, že majú 5'-3' polymerázovú aktivitu <ref name=Lehn>{{Citácia knihy | priezvisko = Nelson| meno = David L.| priezvisko2 = Cox | meno2 = Michael M. | titul = Lehninger Principles of Biochemistry| rok = 2013 | vydanie = 6 | miesto = New York | vydavateľ = W. H. Freeman and Company | isbn = 978-1-4641-0962-1 | jazyk = anglicky }}</ref>.
+'''DNA polymerázy''' sú [[enzým]]y schopné syntetizovať nové vlákno [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]] na základe predlohy vo forme [[Komplementarita|komplementárneho]] vlákna. Ich rola v bunke spočíva v [[replikácia DNA|replikácii]] DNA. Existuje niekoľko [[prokaryoty|prokaryotických]] a [[eukaryoty|eukaryotických]] DNA polymeráz, ktoré sa navzájom odlišujú presnosťou replikácie, schopnosťou opravovať spôsobené chyby a schopnosťou odbúravať vlákno na 5' konci DNA. Ich spoločnou vlastnosťou, ktorá je daná ich funkciou, je schopnosť pripájať [[deoxyribonukleotid]] monofosfáty (dNMP) k 3'-OH koncu syntetizovaného reťazca. Spôsobujú tak [[Polymerizácia|polymeráciu]] jedného vlákna DNA v smere od 5' konca ku 3' koncu, hovorí sa teda, že majú 5'-3' polymerázovú aktivitu <ref name=Lehn>{{Citácia knihy | priezvisko = Nelson| meno = David L.| priezvisko2 = Cox | meno2 = Michael M. | titul = Lehninger Principles of Biochemistry| rok = 2013 | vydanie = 6 | miesto = New York | vydavateľ = W. H. Freeman and Company | isbn = 978-1-4641-0962-1 | jazyk = anglicky }}</ref>.
 Dodatočná funkcia väčšiny DNA polymeráz je 3'-5'-exonukleázová aktivita, vďaka ktorej sa môže polymeráza "vrátiť" a odbúrať práve syntetizovanú dvojicu nukleotidov. Táto aktivita je dôležitá pre minimalizáciu nepresností pri replikácii DNA. Ďalšou dodatočnou, ale skôr vzácnou funkciou, je 5'-3' exonukleázová aktivita, vďaka ktorej môžu niektoré DNA polymerázy odbúravať [[primer]]y a DNA opravovať.<ref name=Lehn/>
-Podobne, ako iné enzýmy interagujúce s DNA, potrebuje DNA polymeráza pre svoju aktivitu horečnaté katióny Mg<sup>+</sup>, ktoré stabilizujú záporne nabité fosfátové skupiny DNA. Monoméry DNA sa reakcie polymerácie zúčastňujú ako deoxyribonukleotid trifosfáty a energia pre tvorbu fosfodiesterovej väzby medzi fosfátom a voľnou 3'-OH skupinou syntetizovaného vlákna je dodaná rozštiepením začleňovaného deoxynukleotid trifosfátu na deoxynukleotid monofosfát a [[pyrofosfát]].<ref name=Lehn/>
+Podobne, ako iné enzýmy interagujúce s DNA, potrebuje DNA polymeráza pre svoju aktivitu [[horčík|horečnaté]] [[katión]]y Mg<sup>+</sup>, ktoré stabilizujú záporne nabité [[fosfát]]ové skupiny DNA. Monoméry DNA sa reakcie polymerácie zúčastňujú ako deoxyribonukleotid trifosfáty a energia pre tvorbu fosfodiesterovej väzby medzi fosfátom a voľnou 3'-OH skupinou syntetizovaného vlákna je dodaná rozštiepením začleňovaného deoxynukleotid trifosfátu na deoxynukleotid monofosfát a [[pyrofosfát]].<ref name=Lehn/>
 == Prokaryotické DNA polymerázy ==
@@ Riadok 48: / Riadok 48: @@
 === DNA polymeráza I ===
-DNA polymeráza I je prvou DNA polymerázou izolovanou z bakteriálneho kmeňa ''E. coli''. Už krátko po jej objave vyšlo najavo, že nie je vhodná pre replikáciu celého genómu ''E. coli'' - jej nameraná rýchlosť je 100x pomalšia ako rýchlosť pohybu [[replikačná vidlička|replikačnej vidličky]] a má veľmi nízku procesivitu (schopnosť vykonávať činnosť nepretržite). Na rozdiel od ostatných polymeráz však má 5'-3' exonukleázovú aktivitu, vďaka ktorej môže odbúravať nukleotidy (či už DNA alebo RNA vlákna), ktoré by inak bránili polymeráze v pohybe v smere od 5' konca ku 3' koncu syntetizovaného vlákna. Vďaka tejto schopnosti hrá DNA polymeráza I rolu v odbúravaní [[primer]]ov, [[rekombinácia DNA|rekombinácii]] a pri oprave DNA. 5'-3' exonukleázovú aktivitu zabezpečuje malý fragment, ktorý je možné od zvyšku enzýmu oddeliť miernou [[proteolýza|proteolýzou]]. Zvyšok enzýmu (tzv. veľký alebo Klenowov fragment) si v takom prípade zachováva 5'-3' polymerázovú a 3'-5' exonukleázovú aktivitu.<ref name=Lehn/>
+DNA polymeráza I je prvou DNA polymerázou izolovanou z bakteriálneho kmeňa ''[[E. coli]]''. Už krátko po jej objave vyšlo najavo, že nie je vhodná pre replikáciu celého [[genóm]]u ''E. coli'' - jej nameraná rýchlosť je 100x pomalšia ako rýchlosť pohybu [[replikačná vidlička|replikačnej vidličky]] a má veľmi nízku procesivitu (schopnosť vykonávať činnosť nepretržite). Na rozdiel od ostatných polymeráz však má 5'-3' exonukleázovú aktivitu, vďaka ktorej môže odbúravať nukleotidy (či už DNA alebo [[RNA]] vlákna), ktoré by inak bránili polymeráze v pohybe v smere od 5' konca ku 3' koncu syntetizovaného vlákna. Vďaka tejto schopnosti hrá DNA polymeráza I rolu v odbúravaní [[primer]]ov, [[rekombinácia DNA|rekombinácii]] a pri oprave DNA. 5'-3' exonukleázovú aktivitu zabezpečuje malý fragment, ktorý je možné od zvyšku enzýmu oddeliť miernou [[proteolýza|proteolýzou]]. Zvyšok enzýmu (tzv. veľký alebo Klenowov fragment) si v takom prípade zachováva 5'-3' polymerázovú a 3'-5' exonukleázovú aktivitu.<ref name=Lehn/>
 === DNA polymeráza II ===
-DNA polymeráza II, na rozdiel od DNA polymerázy I, nemá 5'-3' exonukleázovú aktivitu. Skladá sa až zo siedmych podjednotiek, DNA syntetizuje približne 2x rýchlejšie a má tiež niekoľkonásobne vyššiu procesivitu. Napriek tomu však jej vlastnosti nie sú dostatočné pre replikáciu celého genómu baktérie.<ref name=Lehn/>
+DNA polymeráza II na rozdiel od DNA polymerázy I nemá 5'-3' exonukleázovú aktivitu. Skladá sa až zo siedmich podjednotiek, DNA syntetizuje približne 2x rýchlejšie a má tiež niekoľkonásobne vyššiu procesivitu. Napriek tomu však jej vlastnosti nie sú dostatočné pre replikáciu celého genómu baktérie.<ref name=Lehn/>
 === DNA polymeráza III ===
-DNA polymeráza III je hlavná DNA polymeráza v [[E. coli]]. Podobne, ako DNA polymeráze II, jej chýba 5'-3' exonukleázová aktivita, jej rýchlosť je však asi 100x vyššia, ako rýchlosť DNA polymerázy I, za jednu sekundu teda pripojí k jednému vláknu 250-1000 nukleotidfosfátov. Skladá sa z 13 podjendnotiek označovaných gréckymi písmenami - α podjednotka zodpovedá za polymeráciu a ε podjednotka za 3'-5' exonukleázovú aktivitu. Zvyšné jednotky tvoria telo enzýmu, pričom dôležité sú β podjednotky, ktoré fungujú ako zverák a zabezpečujú, aby sa komplex neoddisocioval od vlákna DNA, čiže vysokú procesivitu.<ref name=Lehn/><ref name=bch>{{Citácia knihy | priezvisko = Kolektív autorov|titul = Biochemie - Základní kurz| rok = 2000| vydanie = 3 | miesto = Praha | vydavateľ = Učební texty Univerzity Karlovy v Praze| jazyk = česky}}</ref>
+DNA polymeráza III je hlavná DNA polymeráza v ''E. coli''. Podobne, ako DNA polymeráze II, jej chýba 5'-3' exonukleázová aktivita, jej rýchlosť je však asi 100x vyššia ako rýchlosť DNA polymerázy I. Za jednu sekundu teda pripojí k jednému vláknu 250-1 000 nukleotidfosfátov. Skladá sa z 13 podjednotiek označovaných gréckymi písmenami - α podjednotka zodpovedá za polymeráciu a ε podjednotka za 3'-5' exonukleázovú aktivitu. Zvyšné jednotky tvoria telo enzýmu, pričom dôležité sú β podjednotky, ktoré fungujú ako zverák a zabezpečujú, aby sa komplex neoddisocioval od vlákna DNA, čiže vysokú procesivitu.<ref name=Lehn/><ref name=bch>{{Citácia knihy | priezvisko = Kolektív autorov|titul = Biochemie - Základní kurz| rok = 2000| vydanie = 3 | miesto = Praha | vydavateľ = Učební texty Univerzity Karlovy v Praze| jazyk = česky}}</ref>
 == Eukaryotické DNA polymerázy ==
@@ Riadok 63: / Riadok 63: @@
 === DNA polymeráza β ===
-DNA polymeráza β hrá rolu predovšetkým pri oprave DNA, konkrétne v miestach, na ktorých boli nukleotidové báze chemicky modifikované (oxidáciu, metyláciou a pod.). <ref name=Lehn/>
+DNA polymeráza β hrá rolu predovšetkým pri [[oprava DNA|oprave DNA]], konkrétne v miestach, na ktorých boli nukleotidové báze chemicky modifikované ([[oxidácia|oxidáciou]], [[metylácia|metyláciou]] a pod.).<ref name=Lehn/>
 === DNA polymeráza  γ ===
-DNA polymeráza γ je živočíšna DNA polymeráza, ktorá slúži exklúzívne na replikáciu DNA v [[mitochondrie|mitochonriách]], v ktorých hrá rolu aj v oprave DNA a v jeho rekombinácii.<ref name=Koch>{{cite journal | last = Kaguni| first = L. S. | title = DNA polymerase gamma, the mitochondrial replicase | journal = Annual review of biochemistry | volume = 73| pages = 293-320 | year = 2004 | language = anglicky}}</ref>
+DNA polymeráza γ je živočíšna DNA polymeráza, ktorá slúži exkluzívne na replikáciu DNA v [[mitochondrie|mitochonriách]], v ktorých hrá rolu aj v oprave DNA a v jej rekombinácii.<ref name=Koch>{{cite journal | last = Kaguni| first = L. S. | title = DNA polymerase gamma, the mitochondrial replicase | journal = Annual review of biochemistry | volume = 73| pages = 293-320 | year = 2004 | language = anglicky}}</ref>
 === DNA polymeráza δ ===
@@ Riadok 75: / Riadok 75: @@
 == Reverzná transkriptáza ==
-Reverzná transkriptáza je [[RNA]] dependentná DNA polymeráza, syntetizuje nové vlákno DNA komplementárne k existujúcemu vláknu RNA. Navyše má schopnosť odbúravať RNA vlákno, ktoré je komplementárne spárované k DNA vláknu. Reverznú transkriptázu využívajú [[retrovírus]]y na prepis svojej RNA do DNA, ktorú následne začleňujú do genómu hostiteľskej bunky. Ide napríklad o vírus [[hepatitída|hepatitídy]] B alebo [[HIV]].
+Reverzná transkriptáza je RNA závislá DNA polymeráza, syntetizuje nové vlákno DNA komplementárne k existujúcemu vláknu RNA. Navyše má schopnosť odbúravať RNA vlákno, ktoré je komplementárne spárované k DNA vláknu. Reverznú transkriptázu využívajú [[retrovírus]]y na prepis svojej RNA do DNA, ktorú následne začleňujú do genómu hostiteľskej bunky. Ide napríklad o vírus [[hepatitída|hepatitídy]] B alebo [[HIV]].
 == Využitie vo výskume ==