ԴՆԹ-պոլիմերազ

ԴՆԹ պոլիմերազ, ֆերմենտ, որը մասնակցում է ԴՆԹ-ի կրկնապատկման պրոցեսին։ Այս դասի ֆերմենտները կատալիզում են դեզօքսիռիբոնուկլեոտիդների պոլիմերացումը ԴՆԹ-ի շղթայի երկայնքով, որում կոդավորված ինֆորմացիան ֆերմենտը կարդում է՝ օգտագործելով որպես կաղապար։ Նոր մոլեկուլը հավաքվում է կոմպլիմենտարության սկզբունքի համաձայն։

Ֆերմենտը «կարդում է» կաղապար հանդիսացող շղթան և հերթական նուկլեոտիդն ընտրվում է լրացչության սկզբունքի համաձայն։ Նոր սինթեզված շղթան կոմպլեմենտար է (լրացնում է) ԴՆԹ-ի՝ կաղապար հանդիսացող շղթային և նույնությամբ կրկնում է վերջինիս երկրորդ շղթային։

Տարբերում են  ԴՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ (ՖՀ 2.7.7.7), որը որպես կաղապար օգտագործում է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկը, և ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ (կոչվում է նաև՝ հակադարձ տրանսկրիպտազ ՖՀ 2.7.7.49), որը կարողանում է ինֆորմացիան կարդալ ՌՆԹ-ից, այսինքն՝ այս դեպքում որպես կաղապար հանդես է գալիս ՌՆԹ-ի շղթան (Հակադարձ տրանսկրիպտազ)։
ԴՆԹ պոլիմերազը համարվում է հոլոֆերմենտ։ Նրա նորմալ ակտիվության համար անհրաժեշտ են մագնեզիումի իոններ, որպես կոֆակտոր։ Մագնեզիումի իոնների բացակայության դեպքում այն կարելի է համարել ապոֆերմենտ։

ԴՆԹ-պոլիմերազի աշխատանք 

Ինչպես գիտենք ԴՆԹ-ի երկու շղթաները հակազուգահեռ են։ Դրա ծայրերը կոչվում են 3'-ծայր, 5'-ծայր։ Կրկնապատկումն իրականանում է սինթեզվող երկու շղթաների երկայնքով նուկլեոտիդների միաժամանակյա անընդհատ ավելացմամբ։ Միայն 3'-5' ուղղությամբ է ԴՆԹ-ն համարվում անընդհատ մատրիցա ԴՆԹ պոլիմերազի համար։ Այն ավելացնում է նոր նուկլեոտիդներ 3'-ծայրին և սկսում շղթայի սինթեզը։ ԴՆԹ-ի 3'-ծայրը համարվում է «առաջնորդող» (գլխավոր շղթա)։ 5'-ծայրից տրանսկրիպցիան կատարվում է կարճ հատվածներով, որոնք կոչվում են Օկազակիի հատվածներ։ Հայտնի ԴՆԹ պոլիմերազներից և ոչ մեկը չի կարող հավաքել նուկլեոտիդային շղթան զրոյից. դրանք կարող են միայն ավելացնել նուկլեոտիդներ արդեն գոյություն ունեցող շղթայի 3'-հիդրօքսիլային խմբին։ Դրա համար ԴՆԹ պոլիմերազին անհրաժեշտ է պրայմեր (պրայմեր, անգերենից թարգմանաբար նշանակում է մերան), որին նա կմիացնի առաջին նուկլեոտիդը։ Պրայմերը ռիբոնուկլեոտիդների փոքրիկ հատված է, որը սինթեզվում է պրայմազ ֆերմենտով։ Մեկ այլ ֆերմենտ, որը կոչվում է հելիկազ, անհրաժեշտ է ԴՆԹ-ի պարույրը ապապարուրելու համար։ Արդյունքում առաջանում են միաշղթա հատվածներ, որոնց վրա կիսակոնսերվատիվ մոդելով տեղի է ունենում կրկնապատկում։
Որոշ ԴՆԹ պոլիմերազներ կարող են ուղղել ԴՆԹ-ի շղթայի հավաքման ժամանակ առաջացած վրիպակները։ Եթե հայտնաբերվում են սխալ նուկլեոտիդային զույգեր, ԴՆԹ պոլիմերազը ցատկում է մեկ քայլ հետ։ Եվ շնորհիվ իր 3'-5' էկզոնուկլեազային հիդրոլիտային ակտիվության ԴՆԹ պոլիմերազը կարող է բացառել սխալ նուկլեոտիդը շղթայից և տեղադրել դրա տեղը ճիշտը։ Դրանից հետո ռեպլիկացիան կշարունակվի։

ԴՆԹ-պոլիմերազի տեսակներ 
ԴՆԹ-պոլիմերազի կառուցվածքը խիստ ամրագրված է, ինչը նշանակում է, որ վերջինիս կատալիտիկ ենթամիավորները շատ քիչ են փոփոխվում տարբեր տեսակի բջիջների մոտ։ Կառուցվածքի այսպիսի կայունությունը սովարաբար դիտվում է այն դեպքերում, երբ շատ կարևոր է բացառել անգամ աննշան փոփոխությունները։

Որոշ վիրուսների գեներում նույնպես գաղտնագրված են հատուկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ, որոնք կարող են ընտրողաբար կրկնապատկել վիրուսային ԴՆԹ-ն։ Ռետրովիրուսներն ունեն ոչ սովորական ԴՆԹ-պոլիմերազ, այսպես կոչվող հակադարձ տրանսկրիպտազ, որն իրենից ներկայացնում է ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազ։ Վերջինս ԴՆԹ-ի շղթան հավաքում է՝ հիմք ընդունելով ՌՆԹ-ի շղթան, այսինքն՝ կաղապարը ՌՆԹ-ն է։

ԴՆԹ-պոլիմերազի ընտանիքներ
Հիմք ընդունելով ԴՆԹ-պոլիմերազներիի կառուցվածքները, վերջիններիս կարելի է բաժանել յոթ ընտանիքների՝ A, B, C, D, X, Y, и RT.

Ընտանիք A 
Ընտանիք A-ն իր մեջ ներառում է կրկնապատկող (ռեպլիկատիվ) և վերականգնող (ռեպարացիոն) ԴՆԹ-պոլիմերազները։ Կրկնապատկող ԴՆԹ-պոլիմերազներից է, օրինակ՝ շատ լավ ուսումնասիրած Т7 վիրուսի ԴՆԹ-պոլիմերազը կամ միտոքոնդրիումային ԴՆԹ-պոլիմերազ γ-ն։ Վերականգնող պոլիմերազներից է E. coli-ի, Thermus aquaticus-ի և Bacillus stearothermophilus-ի ԴՆԹ-պոլիմերազ I-ը։ Վերականգնող պոլիմերազները մասնակցում են նոր սինթեզվող ԴՆԹ-ի շղթայում սխալների հեռացման գործընթացին, ինչպես նաև Օկազակիի հատվածների վերամշակմանը։

Ընտանիք B 
Ընտանիք B-ի մեջ մտնում են վերականգնող պոլիմերազները, այդ թվում հիմնական էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ α, δ, ε-ն և ԴՆԹ-պոլիմերազ ζ-ն։ Այս ընտանիքին են պատկանում նաև որոշ բակտերիաների և բակտերիոֆագերի ԴՆԹ-պոլիմերազները։ Ֆերմենտներն օգտագործվում են 3’-5’ և 5’-3’ ԴՆԹ-ի միաշղթաների սինթեզի համար։ Այս ընտանիքի պոլիմերազներին բնորոշ է կրկնապատկման ճշտությունը։ Մեծ մասն օժտված է նաև 3’-5’-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ (բացառությամբ ԴՆԹ-պոլիմերազ  α-ի և ζ-ի, որոնց մոտ սխալներ ուղղելու կարողություն չի նկատվում)։

Ընտանիք C 
Այս ընտանիքին պատկանող պոլիմերազները հիմնականում բակտերիալ քրոմոսոմային կրկնապակող ֆերմենտներ են, որոնք նաև օժված են 3’-5’-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։

Ընտանիք D 
Այս ընտանիքի պոլիմերազները բավարար ուսումնասիրված չեն։ Բոլոր հայտնի օրինակները համարվում են կրկնապատկող և հայտնաբերվել են արխեաների մոտ։

Ընտանիք X 
X ընտանիքին են պատկանում շատ հայտնի էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմարազ β-ն, ինչպես նաև ԴՆԹ-պոլիմերազ σ, λ, μ-ն ու ծայրային դեզօքսինուկլեոտիդ տարանսֆերազ ֆերմենտը (TdT)։ ԴՆԹ-պոլիմարազ β-ն մասնակցում է ռեպարացիային, այսինքն՝ ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների վերականգնմանը։ TdT-ն էքսպրեսիայի է ենթարկվում միայն լիմֆոիդ հյուսվածքներում և երկպարույրի՝ В(Р)С-ռեկոմբինացիայի ժամանակ առաջացած պատռված հատվածներում ավելացնում է «n նուկլեոտիդներ»։ Saccharomyces cerevisiae խմորասնկերում կա միայն պոլիմերազ X Pol4, որը լինում է ոչ հոմոլոգ միացություններում։

Ընտանիք Y 
Այս ընտանիքի ներկայացուցիչները մնացածներից տարբերվում են իրենց ցածր էֆեկտիվությամբ։ Կախված վնասվածքի բնույթից, այս պոլիմերազները կարող են վերականգնել սկզբնական շղթան։ Սխալը կարող է նաև չուղղվել, ինչը կբերի մուտացիաների առաջացման։ Xeroderma pigmentosum հիվանդությամբ տառապողների մոտ․ օրինակ՝ հայտնաբերվել է ԴՆԹ-պոլիմերազ η-ն կոդավորող գենի մուտացիա, որի արդյունքում տվյալ ֆերմենտը դառնում է անտարբեր վնասվածքների նկատմամբ։

Ընտանիքի մյուս ներկայաչուցիչներն են մարդու պոլիմերազներ I, K-ն, նաև ծայրային դեզօքսինուկլեոտիլ տրանսֆերազը (Rev1)։

Ընտանիք RT 

Հակադարձ տրանսկրիպտազների ընտանիքն իր մեջ ներառում է պոլիմերազներ, որոնք հայտնաբերվել են և վիրուսների, և էուկարիոտների մոտ։ Դրանք ՌՆԹ-կախյալ ԴՆԹ-պոլիմերազներ են, այսինքն՝ ի տարբերություն վերը նկարագրված ֆերմենտների, որպես կաղապար օգտագործում են ՌՆԹ-ի շղթան։ Էուկարիոտիկ հակադարձ տրանսկրիպտազները հիմնակաում ներկայացված են թելոմերազներով։

Պրոկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազ 
Բակտերիաների մոտ հայտնաբերված է հինգ ԴՆԹ-պոլիմերազ։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ I —մասնակցում է ԴՆԹ-ի վերականգնմանը, օժտված է 5'-3' և 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ II —մասնակցում է վնասված ԴՆԹ-ի վերականգնմանը։ Կարող է շղթան կտրել 5'-3' ուղղությամբ, օժտված է 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ III — բակտերիաների հիմնական պոլիմերազն է, որը նույնպես օժտված է 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ IV —Y ընտանիքի ԴՆԹ-պոլիմերազ է։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ V —Y ընտանիքի ԴՆԹ-պոլիմերազ է, որը մասնակցում է ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների բացթողմանը։

Էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազ 
Էուկարիոտներն ունեն ամենաքիչը տասնհինգ տեսակ ԴՆԹ-պոլիմերազ։

 ԴՆԹ-պոլիմերազ α — սկզբում հանդես է գալիս որպես պրայմազա՝ սինթեզելու համար ՌՆԹ պրայմեր, ապա որպես նորմալ պոլիմերազ՝ այդ պրայմերին նուկլեոտիդներ ավելացնելու համար։ Այն բանից հետո, երբ շղթայի երկարությունը հասնում է մոտ քսան նուկլեոտիդ, սինթեզին միանում են δ- և ε-պոլիմերազները։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ β — մասնակցում է ԴՆԹ-ի վերականգնմանը։
 Pol γ — իրականացնում է միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ի կրկնապատկումը։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ δ — Էուկարիոտների հիմնական պոլիմերազն է։
 ԴՆԹ-պոլիմերազ ε — 3’-5’-միաշղթայի սինթեզի ժամանակ երբեմն փոխարինում է ԴՆԹ-պոլիմերազ δ-ին։
 ԴՆԹ-պոլիմերազներ η, ι, κ ևRev1 Y ընտանիքից, նաև ζ B ընտանիքից։ Այս պոլիմերազները մասնակցում են ԴՆԹ-ի վնասված հատվածների բացթողմանը։
 Գոյություն ունեն նաև այլ էուկարիոտիկ ԴՆԹ-պոլիմերազներ, որոն դեռ բավարար կերպով ուսումնասիրված չեն։
Ոչ մի էուկարիոտիկ պոլիմերազ չի կարող կտրել պրայմերները, այսինքն՝ օժտված չէ 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ։ Այդ ֆունկցիան իրականացնում են այլ ֆերմենտներ։ 3'-5'-էկզոնուկլեազային ակտիվությամբ օժտված են միայն էլոնգացիա իրականացնող պոլիմերազները (γ, δ и ε)։

Տես նաև 
 Պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա
 ՌՆԹ-պոլիմերազ

Ծանոթություններ

Գրականություն

Արտաքին հղումներ 
  DNA Polymerases: Custom Search Engine at custom-search-engine.com
 Annual Review of Biochemistry: EUKARYOTIC DNA POLYMERASES  at annualreviews.org
 Unusual repair mechanism in DNA polymerase lambda, Ohio State University, July 25, 2006.

ԴՆԹ
ՖՀ 2.7.7
ԴՆԹ-ի կրկնապատկում
Մոլեկուլային գենետիկական գործընթացներ
ԴՆԹ-պոլիմերազ
Ֆերմենտներ