ДНК-полимеразы

ДНК-ПОЛИМЕРАЗЫ (ДНК-зависимые ДНК-полимеразы), ферменты класса трансфераз; катализируют синтез дезоксирибонуклеиновых кислот, используя в качестве матрицы одну из цепей двойной спирали ДНК. Субстратами служат дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ). В ходе деления клеток ДНК-полимеразы обеспечивают передачу дочерним клеткам генетической информации путём репликации (создают копию генома). Кроме того, ДНК-полимеразы участвуют в устранении повреждений в молекулах ДНК (смотри Репарация). Впервые ДНК-полимеразы была выделена в 1956 А. Корнбергом из кишечной палочки. Впоследствии было описано более полутора десятков ферментов, обладающих ДНК-полимеразной активностью (у прокариот их обозначают римскими цифрами; у  эукариот  -  буквами  греческого алфавита). Геномы многих вирусов содержат гены, кодирующие собственные ДНК-полимеразы. ДНК-полимеразы начинают синтез в присутствии короткой стартовой последовательности (праймера) - затравки в виде комплементарного матрице олигонуклеотида (синтезируется другим ферментом - праймазой). ДНК-полимеразы последовательно наращивают затравку с З’-конца (т. е. рост новой цепи идёт в направлении 5’ → 3’), присоединяя к ней по одному нуклеотиду, комплементарному азотистому основанию матричной цепи. Присоединение очередного нуклеотида сопровождается гидролизом фосфатной связи, отщеплением пирофосфата (РР) и образованием новой фосфодиэфирной связи согласно уравнению: ДHK_n + дНТФ→ ДНК_(n+1) + РР, где n - число нуклеотидов в молекуле ДНК. В большинстве клеток имеется несколько ДНК-полимераз. У эукариот к основным репликативным ДНК-полимеразам, обеспечивающим высокую скорость и точность синтеза новой цепи, относятся ДНК-полимеразы α, ς, ε. Среди репаративных ферментов - ДНК-полимеразы η, ι, ϰ, ζ, λ, μ, φ и др. Специальная ДНК-полимераза γ обеспечивает синтез митохондриальной ДНК. Описана также ДНК-полимераза, независимая от матрицы, - концевая дезоксинуклеотидилтрансфераза (TdT), основное назначение которой - обеспечивать многообразие иммуноглобулинов и клеточных рецепторов. Роль некоторых ДНК-полимераз  (в том числе λ, μ, φ) пока не ясна. ДНК-полимеразы характеризуются большим разнообразием размеров молекул (молекулярная масса от 30 000 до 200 000). Большинство ДНК-полимераз  состоит из нескольких субъединиц. В клетках они действуют совместно с другими ферментами и вспомогательными белками.

Нарушения структуры и функции ДНК-полимеразы  могут служить причиной различных заболеваний человека. Например, изменения в структуре ДНК-полимеразы γ сопровождаются дисфункцией мышц, подавление активности ДНК-полимеразы η вызывает рак кожи (при действии солнечного света), нарушения в работе TdT приводят к иммунологическим заболеваниям. ДНК-полимеразы используются для секвенирования ДНК, амплификации различных ДНК-матриц (смотри Полимеразная цепная реакция), введения различных флуоресцентных меток в ДНК, которые применяют для диагностики наследственных заболеваний, определения природы инфекционных агентов, идентификации личности в криминалистике и т. д.

Лит.: Михайлов В. С. ДНК-полимеразы эука­риот // Молекулярная биология. 1999. Т. 33. № 4; Hubscher U., Мада G., Spadari S. Eukaryotic DNA polymerases // Annual Re­view of Biochemistry. 2002. Vol. 71. P. 133—163; Bebenek Κ., Kunkel T. Functions of DNA polymerases // Advances Protein Chemistry. 2004.  Vol. 69. P. 137-165; Prakash S., John­son R., Prakash L. Eukaryotic translesion syn­thesis DNA polymerases: Specificity of struc­ture and function // Annual Review of Bio­chemistry. 2005. Vol. 74. P. 317-353; Barry E.R., Bell S.D. DNA replication in archaea // Microbiology and Molecular Biology Review. 2006. Vol. 70. № 4.