ДНК-полімераза I

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

ДНК-полімераза I (англ. DNA Polymerase I або Pol I) — білок, один з ензимів, завдяки якому відбувається реплікація ДНК у бактерій. ДНК-полімераза I була відкрита Артуром Корнбергом в 1956 році[1] і стала першою відомою ДНК-полімеразою (а також першою відомою полімеразою взагалі). Була вперше виділена з бактерії E. coli, проте згодом було показано, що цей ензим є у всіх прокаріотів. В E. coli та в багатьох інших бактеріях ДНК-полімераза I кодується геном polA. Поліпептидний ланцюг ДНК-полімерази I з E. coli складається з 928 амінокислотних залишків. ДНК-полімераза I є прикладом процесивного ензиму, тобто такого, що може послідовно каталізувати декілька елементарних стадій реакції полімеризації ДНК.

ДНК-полімераза I має чотири різні типи ензиматичної активності, а саме:

  1. ДНК-залежна ДНК-полімеразна активність у напрямку 5'→3' (пряма). Вимагає наявності 3'-праймерного гідроксилу впритул до одноланцюгової ДНК-матриці.
  2. екзонуклеазна активність у напрямку 3'→5' (зворотня), завдяки якій відбувається корекція помилок
  3. екзонуклеазна активність у напрямку 5'→3' (пряма), завдяки якій відбувається трансляція одноланцюгових розривів (англ. «nick translation») при репарації ДНК.
  4. РНК-залежна ДНК-полімеразна активність у напрямку 5'→3' (пряма). ДНК-полімераза I може оперувати на РНК-матрицях із незначною ефективністю (0,1–0,4 %) порівняно з ДНК-матрицями; ця активність, ймовірно, не відіграє важливої біологічної ролі.[2]

В процесі реплікації ДНК РНКаза H видаляє РНК-праймери (що створюються праймазою) з відстаючого ланцюга ДНК, після чого ДНК-полімераза I заповнює нуклеотидами пробіли між фрагментами Окадзакі (див. статтю Реплікація ДНК) в напрямку 5'→3'. ДНК-полімераза I є матричним ензимом, тобто вона вбудовує нові нуклеотиди до складу ДНК згідно з комплементарністю до ДНК-матриці. 

Дуже швидко стало очевидним, що ДНК-полімераза I не є ДНК-полімеразою, що відповідає за реплікацію основного масиву бактеріальної ДНК. Реплікація ДНК в E. coli відбувається зі швидкістю 1000 нуклеотидів на секунду, тоді як швидкість полімеризації ДНК у присутності ДНК-полімерази I складає лише 10–20 нуклеотидів на секунду. Більше того, висока кількість копій цього ензиму у бактеріальній клітині (близько 400 молекул на клітину) протиречила тому факту, що одночасно існують лише дві реплікаційні вилки. Окрім цього, відкритий ензим виявився недостатньо процесивним для реплікації бактеріального геному — ензим дисоціює з ДНК-матриці після полімеризації 25–50 нуклеотидів. Те, що роль ДНК-полімерази I в реплікації ДНК не є вирішальною, було встановлено в 1969 році, коли Джон Кеїрнс (англ. John Cairns) отримав життєздатну бактерію, що містила мутовану ДНК-полімеразу I із відсутньою ДНК-полімеразною активністю.[3] Пізніше було встановлено що головною ДНК-полімеразою у бактерії є ДНК-полімераза III.

Застосування

ДНК-полімераза I E. coli та її похідні знайшли застосування в молекулярній біології. Зокрема, видалення небажаної 5'→3'-екзонуклеазної активності завдяки контрольованому протеолізу призвело до утворення фрагмента Кленова, ензиму, який часто використовують для синтезу дволанцюгової ДНК у контрольованому середовищі поза живим організмом (in vitro).

Див. також

Джерела

  1. Lehman IR, Bessman MJ, Simms ES, Kornberg A (July 1958). Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. I. Preparation of substrates and partial purification of an enzyme from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 233 (1). с. 163–70. PMID 13563462. 
  2. Ricchetti M, Buc H (February 1993). E. coli DNA polymerase I as a reverse transcriptase. EMBO J. 12 (2). с. 387–96. PMC 413221. PMID 7679988. 
  3. De Lucia P, Cairns J (December 1969). Isolation of an E. coli strain with a mutation affecting DNA polymerase. Nature 224 (5225). с. 1164–6. PMID 4902142. doi:10.1038/2241164a0.