Մարդու բետա-ԴՆԹ-պոլիմերազի պարույր-կանթային ԴՆԹ-կապող հատվածների եռաչափ կառուցվածքը։ (PDB: 7ICG)
**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
-----------------------

ԴՆԹ-ի կրկնապատկում
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։ 

| ընտանիք | ԴՆԹ-պոլիմերազի 
տեսակները | Տաքսոնոմիա | Օրինակներ | Բնորոշ գիծ |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| A | Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ | Էուկարոտ և պրոկարիոտ | T7 ԴՆԹ-պոլիմերազ, Pol I, Pol γ, θ և ν | Երկու էկզոնուկլեազային դոմեն (3'-5' և 5'-3') |
| B | Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ | Էուկարոտ և պրոկարիոտ | Pol II, Pol B, Pol ζ, Pol α, δ, և ε | 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող); վիրուսայիններն օգտագործում են սպիտակուցային պրայմեր |
| C | Կրկնապատկող պոլիմերազներ | Պրոկարիոտ | Pol III | 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող) |
| D | Կրկնապատկող պոլիմերազներ | Euryarchaeota | PolD (DP1/DP2 հետերոդիմեր) | RNA polymerase, 3'-5 էկզոնուկլեազ (սրբագրող) |
| X | Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ | Էուկարոտ | Pol β, Pol σ, Pol λ, Pol μ, և Terminal deoxynucleotidyl transferase | կաղապարից անկախ 5' ֆոսֆատազ (միայն Pol β) |
| Y | Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ | Էուկարոտ և պրոկարիոտ | Pol ι, Pol κ, Pol η, Pol IV և Pol V |  |
| RT | Կրկնապատկող և վերականգնող պոլիմերազներ | Վիրուսներ, ռետրովիրուսներ և էուկարիտ | Թելոմերազ, Հեպատիտ B-ի վիրուս | ՌՆԹ-կախյալ |

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** և**Rev1** 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
---------------

1. ↑  DNA polymerases : discovery, characterization, and functions in cellular DNA transactions. — Hackensack, NJ: World Scientific, 2010. — 1 online resource (xv, 321 pages) с. — ISBN 9789814299176, 9814299170
2. ↑  *T. A. Steitz* DNA polymerases: structural diversity and common mechanisms // *The Journal of Biological Chemistry*. — 1999-06-18. — В. 25. — Т. 274. — С. 17395—17398. — ISSN 0021-9258.
3. ↑  *Magdalena Banach-Orlowska, Iwona J. Fijalkowska, Roel M. Schaaper, Piotr Jonczyk* DNA polymerase II as a fidelity factor in chromosomal DNA synthesis in Escherichia coli // *Molecular Microbiology*. — 2005-10. — В. 1. — Т. 58. — С. 61—70. — ISSN 0950-382X. — doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04805.x
4. ↑  *Myron F. Goodman* Error-prone repair DNA polymerases in prokaryotes and eukaryotes // *Annual Review of Biochemistry*. — 2002. — Т. 71. — С. 17—50. — ISSN 0066-4154. — doi:10.1146/annurev.biochem.71.083101.124707
5. ↑  *Jennifer Yamtich, Joann B. Sweasy* DNA polymerase family X: function, structure, and cellular roles // *Biochimica Et Biophysica Acta*. — 2010-5. — В. 5. — Т. 1804. — С. 1136—1150. — ISSN 0006-3002. — doi:10.1016/j.bbapap.2009.07.008
6. ↑  *Haruo Ohmori, Tomo Hanafusa, Eiji Ohashi, Cyrus Vaziri* Separate roles of structured and unstructured regions of Y-family DNA polymerases // *Advances in Protein Chemistry and Structural Biology*. — 2009. — Т. 78. — С. 99—146. — ISSN 1876-1631. — doi:10.1016/S1876-1623(08)78004-0
7. ↑  Filée J, Forterre P, Sen-Lin T, Laurent J (June 2002). "Evolution of DNA polymerase families: evidences for multiple gene exchange between cellular and viral proteins" (PDF). *Journal of Molecular Evolution*. **54** (6): 763–73. Bibcode:2002JMolE..54..763F. CiteSeerX 10.1.1.327.4738. doi:10.1007/s00239-001-0078-x. PMID 12029358. Արխիվացված է the original (PDF) 2020 թ․ հուլիսի 29-ին. Retrieved 2020 թ․ հունիսի 29. `{{cite journal}}`: Unknown parameter `|dead-url=` ignored (`|url-status=` suggested) (help)
8. ↑  Raia P, Carroni M, Henry E, Pehau-Arnaudet G, Brûlé S, Béguin P, Henneke G, Lindahl E, Delarue M, Sauguet L (January 2019). "Structure of the DP1-DP2 PolD complex bound with DNA and its implications for the evolutionary history of DNA and RNA polymerases". *PLOS Biology*. **17** (1): e3000122. doi:10.1371/journal.pbio.3000122. PMC 6355029. PMID 30657780.`{{cite journal}}`: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link)
9. ↑  Boehm EM, Powers KT, Kondratick CM, Spies M, Houtman JC, Washington MT (April 2016). "The Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA)-interacting Protein (PIP) Motif of DNA Polymerase η Mediates Its Interaction with the C-terminal Domain of Rev1". *The Journal of Biological Chemistry*. **291** (16): 8735–44. doi:10.1074/jbc.M115.697938. PMC 4861442. PMID 26903512.
10. ↑  doi:10.1146/annurev.biochem.71.090501.150041  
This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand
11. ↑  J. M. Berg; J. L. Tymoczko; L. Stryer «Biochemie», Springer, Heidelberg/Berlin 2003
12. ↑  doi:10.1146/annurev.biochem.74.082803.133250  
This citation will be automatically completed in the next few minutes. You can jump the queue or expand by hand

Գրականություն
-------------

* *Burgers P. Koonin E. Bruford E et al.* Eukaryotic DNA polymerases: proposal for a revised nomenclature(անգլ.) // *J. Biol. Chem.* : journal. — 2001. — Т. 276. — № 47. — С. 43487—43490. — PMID 11579108.

Արտաքին հղումներ
----------------

* DNA Polymerases: Custom Search Engine(չաշխատող հղում)
 at custom-search-engine.com
* Annual Review of Biochemistry: EUKARYOTIC DNA POLYMERASES Archived 2007-12-14 at the Wayback Machine. at annualreviews.org
* Unusual repair mechanism in DNA polymerase lambda, Ohio State University, July 25, 2006.