DNA polymeráza: Rozdiel medzi revíziami
hurá rozšírenie, pravopis, formulácia, opravy |
d Pažo premiestnil stránku DNA-polymeráza na DNA polymeráza prostredníctvom presmerovania: zaužívaný názov |
(Žiaden rozdiel)
| |
Verzia z 22:32, 14. november 2015
DNA polymerázy sú enzýmy schopné syntetizovať nové vlákno DNA na základe predlohy vo forme vlákna komplementárneho a 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 | 3'-5' 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). Narozdiel 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, narozdiel 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.[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 250-1000 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.[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 (oxidáciu, metyláciou a pod.). [1]
DNA polymeráza γ
DNA polymeráza γ je živočíšna DNA polymeráza, ktorá slúži exklúzívne na replikáciu DNA v mitochonriách, v ktorých hrá rolu aj v oprave DNA a v jeho 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 dependentná DNA polymeráza, syntetizuje nové vlákno DNA komplementárne k existujúcemu vláknu DNA. Navyše má schopnosť odbúravať RNA vlákno, ktoré je komplementárne spárované ku 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 [[archea|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)