DNA polymeráza

3D štruktúra DNA väzby helix-hairpin-helix motívy v ľudskej DNA polymeráze beta.

DNA polymerázy sú enzýmy participujúce na syntéze DNA, ktoré sa podieľajú na jej samotnej replikácii. Poznáme niekoľko druhov prokaryotických aj eukaryotických DNA polymeráz, pričom všetky dokážu pripájať deoxyribonukleozid-5´-monofosfáty (dNMP) k 3´-OH koncu systetizovaného reťazca. DNA-ligázy katalyzujú spojenie fosfodiesterových väzieb.

Všetky DNA-polymerázy predlžujú reťazec novosyntetizovanej molekuly DNA v smere 5´-3´, preto hovoríme, že majú 5´, 3´-polymerázovú aktivitu. Niektoré sú schopné nukleotidy z reťazca aj odstraňovať, čiže majú tzv. exonukleázovú aktivitu.

DNA polymeráza I

Katalyzuje postupné pripojovanie deoxyribonukleotidov k voľnej 3-OH skupine 3-konca úseku novovznikajúcej DNA, ktorý sa predlžuje. Deoxyribonukleotidy pripája na začiatok primeru, nasyntetizovaného úseku RNA ktorý sa ako prvý pripevní na kodogénne vlákno — vlákno ktoré sa syntetizuje, teda templát (matricu).

Pre funkciu DNA polymerázy I je nevyhnutná prítomnost Mg²⁺ iónov. DNA polymeráza I nukleofilne atakuje 3-OH koniec primeru (štartéru) na atóm fosforu dNTP (deoxyribonukleotidu-5-fosfátu). Tvorí sa fosfodiesterová väzba a uvolní sa pyrofosfát (O-P-P-O), ktorý môže byť ďalej premenený na anorganický fosfát.

Najdôležitejšou vlastnosťou DNA polymerázy je, že pripája deoxyribonukleotidy v takom poradí, ktoré priamo určuje templát. DNA polymeráza I pôsobý tiež ako exonukleáza. Enzým sa podieľa na rozštiepený dvojzávitnice DNA a na hydrolytickom odbúravaný reťazca DNA od 3-OH konca článok po článku. Ide teda o 3´→5´ exonukleázu. Táto exonukleázova aktivita významne napomáha k spresneniu replikácie DNA.

DNA polymeráza I tiež hydrolyzuje DNA od 5-fosfátového konca reťazca. Tato 5´→3´ nukleázova aktivita je však celkom odlišna od 3´→5´ exonukleázovej aktivity. Štiepenie prebieha vnútri reťazca v dvojzávitnicovej oblasti. Táto funkcia je klúčová, pretože odbúrava primer. Okrem toho sa opravujú niektoré poruchy.

DNA polymeráza I obsahuje tri aktívne centrá, ktoré su rozdielne. Tento enzým bol rozštiepený proteázamy na malý fragment, ktorý obsahuje celú čast molekuly odpovednú za 5´→3´ nukleazovú aktivitu (odbúrava primér), a na ostávajúci fragment veľký alebo Klenowov fragment, ktorý obsahuje ostatné dve funkcie.

DNA polymeráza II, III

Tieto enzýmy majú rovnaké dve enzýmové aktivity: polymerázovú 5´-3´, exonukleázovú, nevykazujú však 5´→3´ nukleázovú aktivitu. Funkcia in vivo je známa iba pre DNA polymerázu III, ktorá syntetizuje väčšinu novej DNA, zatiaľ čo DNA polymeráza I odbúrava primery a vypĺňa vzniknuté medzery v reťazci DNA.

DNA Ligáza

Enzým katalyzuje spojenie fosfodiesterových väzieb a to ich tvorbou medzi 3-OH skupinou jedného reťazca DNA a 5-fosfátovou skupinou iného reťazca DNA.