3D struktura motivů šroubovice-vlásenka-šroubovice vázající DNA v lidské DNA polymeráze beta
DNA polymeráza je enzym, který napomáhá replikaci DNA. Takové enzymy katalyzují polymerizaci deoxyribonukleotidů vedle řetězce DNA, který „čtou“ a používají jako šablonu. Nově polymerovaná molekula je komplementární k řetězci šablony a identická s řetězcem partnera šablony.
DNA polymeráza je považována za holoenzym, protože ke správné funkci potřebuje jako kofaktor iont hořčíku. V případě absence iontu hořčíku je označována jako apoenzym.
DNA polymeráza může přidat volné nukleotidy pouze na 3’ konec nově se tvořícího vlákna. To má za následek prodloužení nového vlákna ve směru 5’-> 3’. Žádná známá DNA polymeráza není schopna zahájit nový řetězec (de novo). Mohou přidat pouze nukleotid na již existující 3′-OH skupinu. Z tohoto důvodu potřebuje DNA polymeráza primer, při kterém může přidat první nukleotid. Primery se skládají z RNA a DNA bází, přičemž první dvě báze jsou vždy RNA, a jsou syntetizovány jiným enzymem zvaným primasa. Enzym známý jako helikáza je nutný pro odvíjení DNA z dvouvláknové struktury do jednovláknové struktury, aby se usnadnila replikace každého vlákna v souladu se semikonzervativním modelem replikace DNA.
Oprava chyb je vlastnost některých, ale ne všech, DNA polymeráz. Tento proces opravuje chyby v nově syntetizované DNA. Když je rozpoznán nesprávný pár bází, DNA polymeráza otočí svůj směr o jeden pár bází DNA. 3′->5′ exonukleázová aktivita enzymu umožňuje odstranění nesprávného páru bází (tato aktivita je známa jako korektury). Po excizi bází může polymeráza znovu vložit správnou bázi a replikace může pokračovat.
DNA polymerázy mají vysoce konzervovanou strukturu, což znamená, že jejich celkové katalytické podjednotky se mezi jednotlivými druhy liší jen velmi málo. Zachované struktury obvykle naznačují evoluční výhody.
Některé viry také kódují speciální DNA polymerázy, které mohou selektivně replikovat virovou DNA prostřednictvím různých mechanismů. Retroviry kódují neobvyklou DNA polymerázu zvanou reverzní transkriptáza, což je RNA-dependentní DNA polymeráza (RdDp). Polymeruje DNA ze šablony RNA.
Na základě sekvenční homologie mohou být DNA polymerázy dále rozděleny do sedmi různých rodin A, B, C, D, X, Y a RT.
Polymerázy skupiny A obsahují replikační i reparační polymerázy. Replikační členové této skupiny zahrnují rozsáhle studovanou T7 DNA polymerázu a také eukaryotickou mitochondriální DNA Polymerázu γ. Mezi reparační polymerázy patří E. coli DNA pol I, Thermus aquaticus pol I a Bacillus stearothermophilus pol I.
Polymerázy skupiny B většinou obsahují replikační polymerázy a zahrnují hlavní eukaryotické DNA polymerázy α, δ, ε a také DNA polymerázu ζ. Skupina B také zahrnuje DNA polymerázy kódované některými bakteriemi a bakteriofágy, z nichž nejlépe charakterizované jsou z bakteriofágů T4, Phi29 a RB69. Tyto enzymy se podílejí na vedoucí i zaostávající syntéze vlákna. Charakteristickým znakem skupiny B polymeráz je pozoruhodná přesnost při replikaci a mnohé mají silnou 3′-5′ exonukleázovou aktivitu (kromě DNA polymerázy α a ζ, které nemají žádnou korekturní aktivitu).
Polymerázy skupiny C jsou primárními bakteriálními chromozomálními replikačními enzymy a mají tedy polymerázovou a 3′-5′ exonukleázovou aktivitu.
Polymerázy skupiny D stále nejsou příliš dobře charakterizovány. Všechny známé příklady se nacházejí v poddoméně Archaea rodu Euryarchaeota a jsou považovány za replikační polymerázy.
Rodina X obsahuje dobře známou eukaryotickou polymerázu pol β a také další eukaryotické polymerázy, jako jsou pol σ, pol λ, pol μ a terminální deoxynukleotidyl transferáza (TdT). Pol β je nutný pro opravu excize báze s krátkou náplastí, což je cesta opravy DNA, která je nezbytná pro opravu abasických míst. Pol λ a Pol μ se podílejí na nehomologickém koncovém spojování, což je mechanismus pro opětovné spojení dvouvláknových zlomů DNA. TdT je exprimován pouze v lymfoidní tkáni a přidává „n nukleotidy“ do dvouvláknových zlomů vzniklých během rekombinace V(D)J, aby se podpořila imunologická rozmanitost.
Polymerázy z rodiny Y se od ostatních liší nízkou věrností nepoškozených šablon a schopností replikovat se prostřednictvím poškozené DNA. Členové této rodiny se proto nazývají translesion sythesis (TLS) polymerázy. V závislosti na lézi TLS polymerázy mohou poškození obejít bezchybným nebo k chybám náchylným způsobem, přičemž posledně jmenovaná vede ke zvýšené mutagenezi. Pacienti s Xeroderma pigmentosum variant (XPV) mají například mutace v genu kódujícím Pol η (eta), který je bezchybný pro UV léze. U pacientů s XPV se předpokládá, že alternativní polymerázy náchylné k chybám, např. Polζ (zeta) (polymeráza ζ je polymeráza z rodiny B), se podílejí na chybách, které mají za následek nádorovou predispozici těchto pacientů. Dalšími členy u lidí jsou Pol ι (iota), Pol κ (kappa) a Rev1 (terminální deoxycytidyl transferáza). U E.coli jsou známy dvě TLS polymerázy, Pol IV (DINB) a PolV (UMUC).
A konečně, rodina reverzní transkriptázy obsahuje příklady jak z retrovirů, tak z eukaryotických polymeráz. Eukaryotické polymerázy jsou obvykle omezeny na telomerázy. Tyto polymerázy používají k syntéze řetězce DNA RNA šablonu.
Prokaryotické DNA polymerázy
Eukaryotické DNA polymerázy
Eukaryota mají nejméně 15 DNA Polymeráz:
Žádná z eukariotických polymeráz nedokáže odstranit primery (5′->3′ exonukleázovou aktivitu), tuto funkci vykonávají jiné enzymy. Pouze polymerázy, které se zabývají elongací (γ, δ a ε), mají korekční schopnost (3′->5′ exonukleázu).
Aktivní místo – Alosterická regulace – Vazebné místo – Katalyticky dokonalý enzym – Koenzym – Kofaktor – Kooperativita – EC číslo
EC1 Oxidoreduktázy/seznam – EC2 Transferázy/seznam – EC3 Hydrolázy/seznam – EC4 Lyázy/seznam – EC5 Izomerázy/seznam – EC6 Ligázy/seznam