DNA polymeráza: Rozdiel medzi revíziami

hurá rozšírenie, pravopis, formulácia, opravy
d (Bot: Odstránenie 33 odkazov interwiki, ktoré sú teraz dostupné na Wikiúdajoch (d:q206286))
(hurá rozšírenie, pravopis, formulácia, opravy)
[[Súbor:DNA_polymerase.png|náhľad|3D štruktúra DNA väzby [[helix-hairpin-helix]] motívy v ľudskej DNA polymeráze beta.]]
 
'''DNA polymerázy''' sú [[enzým]]y schopné syntetizovať nové vlákno [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]] na základe predlohy vo forme vlákna komplementárneho a ich rola v bunke spočíva v [[replikácia DNA|replikácii]] DNA. Existuje niekoľko prokaryotických a eukaryotických DNA polymeráz, ktoré sa navzájom odlišujú presnosťou replikácie, schopnosťou opravovať spôsobené chyby a schopnosťou odbúravať vlákno na 5' konci DNA. Ich spoločnou vlastnosťou, ktorá je daná ich funkciou, je schopnosť pripájať deoxyribonukleotid monofosfáty (dNMP) k 3'-OH koncu syntetizovaného reťazca. Spôsobujú tak polymeráciu jedného vlákna DNA v smere od 5' konca ku 3' koncu, hovorí sa teda, že majú 5'-3' polymerázovú aktivitu <ref name=Lehn>{{Citácia knihy | priezvisko = Nelson| meno = David L.| priezvisko2 = Cox | meno2 = Michael M. | titul = Lehninger Principles of Biochemistry| rok = 2013 | vydanie = 6 | miesto = New York | vydavateľ = W. H. Freeman and Company | isbn = 978-1-4641-0962-1 | jazyk = anglicky }}</ref>.
'''DNA polymerázy''' sú [[enzým]]y participujúce na syntéze [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]], ktoré sa podieľajú na jej samotnej [[replikácia DNA|replikácii]]. Poznáme niekoľko druhov [[prokarya|prokaryotických]] aj [[eukarya|eukaryotických]] DNA polymeráz, pričom všetky dokážu pripájať [[deoxyribonukleozid-5´-monofosfát]]y (dNMP) k 3´-OH koncu systetizovaného reťazca. [[DNA-ligáza|DNA-ligázy]] katalyzujú spojenie [[fosfodiesterová väzba|fosfodiesterových väzieb]].
Dodatočná funkcia väčšiny DNA polymeráz je 3'-5'-exonukleázová aktivita, vďaka ktorej sa môže polymeráza "vrátiť" a odbúrať práve syntetizovanú dvojicu nukleotidov. Táto aktivita je dôležitá pre minimalizáciu nepresností pri replikácii DNA. Ďalšou dodatočnou, ale skôr vzácnou funkciou, je 5'-3' exonukleázová aktivita, vďaka ktorej môžu niektoré DNA polymerázy odbúravať [[primer]]y a DNA opravovať.<ref name=Lehn/>
 
Podobne, ako iné enzýmy interagujúce s DNA, potrebuje DNA polymeráza pre svoju aktivitu horečnaté katióny Mg<sup>+</sup>, ktoré stabilizujú záporne nabité fosfátové skupiny DNA. Monoméry DNA sa reakcie polymerácie zúčastňujú ako deoxyribonukleotid trifosfáty a energia pre tvorbu fosfodiesterovej väzby medzi fosfátom a voľnou 3'-OH skupinou syntetizovaného vlákna je dodaná rozštiepením začleňovaného deoxynukleotid trifosfátu na deoxynukleotid monofosfát a [[pyrofosfát]].<ref name=Lehn/>
Všetky DNA-polymerázy predlžujú reťazec novosyntetizovanej molekuly DNA v smere 5´-3´, preto hovoríme, že majú 5´, 3´-polymerázovú aktivitu. Niektoré sú schopné [[nukleotid]]y z reťazca aj odstraňovať, čiže majú tzv. exonukleázovú aktivitu.
 
== DNA polymeráza I ==
Katalyzuje postupné pripojovanie deoxyribonukleotidov k voľnej 3-OH skupine 3-konca úseku novovznikajúcej DNA, ktorý sa predlžuje. Deoxyribonukleotidy pripája na začiatok [[primer]]u, nasyntetizovaného úseku [[RNA]] ktorý sa ako prvý pripevní na kodogénne vlákno — vlákno ktoré sa syntetizuje, teda templát (matricu).
 
Pre funkciu DNA polymerázy I je nevyhnutná prítomnost [[Horčík|Mg]]<sup>2+</sup> [[ión]]ov.
DNA polymeráza I nukleofilne atakuje 3-OH koniec primeru (štartéru) na [[atóm]] [[fosfor]]u dNTP (deoxyribonukleotidu-5-fosfátu). Tvorí sa fosfodiesterová väzba a uvolní sa [[pyrofosfát]] (O-P-P-O), ktorý môže byť ďalej premenený na anorganický [[fosfát]].
 
Najdôležitejšou vlastnosťou DNA polymerázy je, že pripája deoxyribonukleotidy v takom poradí, ktoré priamo určuje templát. DNA polymeráza I pôsobý tiež ako [[exonukleáza]]. Enzým sa podieľa na rozštiepený dvojzávitnice DNA a na hydrolytickom odbúravaný reťazca [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]] od 3-OH konca článok po článku. Ide teda o 3´→5´ exonukleázu. Táto exonukleázova aktivita významne napomáha k spresneniu replikácie DNA.
 
DNA polymeráza I tiež hydrolyzuje DNA od 5-fosfátového konca reťazca. Tato 5´→3´ nukleázova aktivita je však celkom odlišna od 3´→5´ exonukleázovej aktivity. [[Chemická energia#Štiepenie|Štiepenie]] prebieha vnútri reťazca v dvojzávitnicovej oblasti. Táto funkcia je klúčová, pretože odbúrava primer. Okrem toho sa opravujú niektoré poruchy.
 
DNA polymeráza I obsahuje tri aktívne centrá, ktoré su rozdielne. Tento enzým bol rozštiepený [[proteáza]]my na malý fragment, ktorý obsahuje celú čast molekuly odpovednú za 5´→3´ nukleazovú aktivitu (odbúrava primér), a na ostávajúci fragment veľký alebo [[Klenowov fragment]], ktorý obsahuje ostatné dve funkcie.
 
== DNA polymeráza II, III ==
Tieto enzýmy majú rovnaké dve enzýmové aktivity: polymerázovú 5´-3´, exonukleázovú, nevykazujú však 5´→3´ nukleázovú aktivitu. Funkcia [[in vivo]] je známa iba pre DNA polymerázu III, ktorá syntetizuje väčšinu novej DNA, zatiaľ čo DNA polymeráza I odbúrava primery a vypĺňa vzniknuté medzery v reťazci DNA.
 
== DNA Ligáza ==
Enzým katalyzuje spojenie fosfodiesterových väzieb a to ich tvorbou medzi 3-OH skupinou jedného reťazca [[deoxyribonukleová kyselina|DNA]] a 5-fosfátovou skupinou iného reťazca DNA.
 
== Prokaryotické DNA polymerázy ==
Bakteriálne DNA polymerázy sa označujú rímskymi číslicami.
{| cellpadding=3 cellspacing=0 border=1 style="border-collapse:collapse"
|bgcolor="#cccccc"| '''Polymeráza'''
|bgcolor="#cccccc"| Štruktúrny gén
|bgcolor="#cccccc"| Podjednotky
|bgcolor="#cccccc"| Molekulová hmotnosť v Daltonoch
|bgcolor="#cccccc"| 3'-5' exonukleázová aktivita
|bgcolor="#cccccc"| 3'-5' exonukleázová aktivita
|bgcolor="#cccccc"| Rýchlosť polymerizácie (nukleotidov/s)
|bgcolor="#cccccc"| Procesivita (počet pridaných nukleotidov pred disociáciou)
|-
| DNA polymeráza I
| ''polA''
| 1
| 103 000
| áno
| áno
| 10-20
| 3-200
|-
| DNA polymeráza II
| ''polB''
| 7
| 88 000
| áno
| nie
| 40
| 1500
|-
| DNA polymeráza III
| ''polC (dnaE)''
| 10 a viac
| 791 500
| áno
| nie
| 250-1 000
| nad 500 000
|}
=== DNA polymeráza I ===
DNA polymeráza I je prvou DNA polymerázou izolovanou z bakteriálneho kmeňa ''E. coli''. Už krátko po jej objave vyšlo najavo, že nie je vhodná pre replikáciu celého genómu ''E. coli'' - jej nameraná rýchlosť je 100x pomalšia ako rýchlosť pohybu [[replikačná vidlička|replikačnej vidličky]] a má veľmi nízku procesivitu (schopnosť vykonávať činnosť nepretržite). Narozdiel od ostatných polymeráz však má 5'-3' exonukleázovú aktivitu, vďaka ktorej môže odbúravať nukleotidy (či už DNA alebo RNA vlákna), ktoré by inak bránili polymeráze v pohybe v smere od 5' konca ku 3' koncu syntetizovaného vlákna. Vďaka tejto schopnosti hrá DNA polymeráza I rolu v odbúravaní [[primer]]ov, [[rekombinácia|rekombinácii]] a pri oprave DNA. 5'-3' exonukleázovú aktivitu zabezpečuje malý fragment, ktorý je možné od zvyšku enzýmu oddeliť miernou [[proteolýza|proteolýzou]]. Zvyšok enzýmu (tzv. veľký alebo Klenowov fragment) si v takom prípade zachováva 5'-3' polymerázovú a 3'-5' exonukleázovú aktivitu.<ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza II ===
DNA polymeráza II, narozdiel od DNA polymerázy I, nemá 5'-3' exonukleázovú aktivitu. Skladá sa až zo siedmych podjednotiek, DNA syntetizuje približne 2x rýchlejšie a má tiež niekoľkonásobne vyššiu procesivitu. Napriek tomu však jej vlastnosti nie sú dostatočné pre replikáciu celého genómu baktérie.<ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza II, III ===
DNA polymeráza III je hlavná DNA polymeráza v [[E. coli]]. Podobne, ako DNA polymeráze II, jej chýba 5'-3' exonukleázová aktivita, jej rýchlosť je však asi 100x vyššia, ako rýchlosť DNA polymerázy I, za jednu sekundu teda pripojí k jednému vláknu 250-1000 nukleotidfosfátov. Skladá sa z 13 podjendnotiek označovaných gréckymi písmenami - α podjednotka zodpovedá za polymeráciu a ε podjednotka za 3'-5' exonukleázovú aktivitu. Zvyšné jednotky tvoria telo enzýmu, pričom dôležité sú β podjednotky, ktoré fungujú ako zverák a zabezpečujú, aby sa komplex neoddisocioval od vlákna DNA, čiže vysokú procesivitu.<ref name=Lehn/><ref name=bch>{{Citácia knihy | priezvisko = Kolektív autorov|titul = Biochemie - Základní kurz| rok = 2000| vydanie = 3 | miesto = Praha | vydavateľ = Učební texty Univerzity Karlovy v Praze| jazyk = česky}}</ref>
== Eukaryotické DNA polymerázy ==
Eukaryotické DNA polymerázy sú štruktúrne a funkčne podobné polymerázam prokaryotickým. Skladajú sa z viacerých podjednotiek a označujú sa gréckymi písmenami.<ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza α ===
DNA polymeráza α svojou funkciou vybočuje z rady ostatných DNA polymeráz. Nemá 3'-5' exonukleázovú aktivitu a pravdepodobne hrá rolu len v syntéze krátkych [[primer]]ov, či už z RNA alebo z DNA, tvoriacich [[Okazakiho fragment|Okazakiho fragmenty]].<ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza β ===
DNA polymeráza β hrá rolu predovšetkým pri oprave DNA, konkrétne v miestach, na ktorých boli nukleotidové báze chemicky modifikované (oxidáciu, metyláciou a pod.). <ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza γ ===
DNA polymeráza γ je živočíšna DNA polymeráza, ktorá slúži exklúzívne na replikáciu DNA v [[mitochondrie|mitochonriách]], v ktorých hrá rolu aj v oprave DNA a v jeho rekombinácii.<ref name=Koch>{{cite journal | last = Kaguni| first = L. S. | title = DNA polymerase gamma, the mitochondrial replicase | journal = Annual review of biochemistry | volume = 73| pages = 293-320 | year = 2004 | language = anglicky}}</ref>
=== DNA polymeráza δ ===
DNA polymeráza δ je hlavnou eukaryotickou polymerázou. Asociuje s proteínom [[PCNA]] (z angl. proliferating cell nuclear antigen), ktorý je štruktúrne veľmi podobný β podjednotke bakteriálnej DNA polymerázy III a tak aj funguje - výrazne zlepšuje procesivitu DNA polymerázy δ. DNA polymeráza δ má schopnosť 3'-5' exonukleázovej aktivity a pri replikácii sa podieľa na syntéze vedúceho aj oneskorujúceho sa vlákna.<ref name=Lehn/>
=== DNA polymeráza ε ===
DNA polymeráza ε v niektorých prípadoch nahradzuje DNA polymerázu δ, predovšetkým pri oprave DNA a pravdepodobne aj pri 5'-3' exonukleázovej aktivite, pri ktorej odbúrava primery (podobne ako prokaryotická DNA polymeráza I).<ref name=Lehn/>
== Reverzná transkriptáza ==
Reverzná transkriptáza je [[RNA]] dependentná DNA polymeráza, syntetizuje nové vlákno DNA komplementárne k existujúcemu vláknu DNA. Navyše má schopnosť odbúravať RNA vlákno, ktoré je komplementárne spárované ku DNA vláknu. Reverznú transkriptázu využívajú [[retrovírus]]y na prepis svojej RNA do DNA, ktorú následne začleňujú do genómu hostiteľskej bunky. Ide napríklad o vírus [[hepatitída|hepatitídy]] B alebo [[HIV]].
== Využitie vo výskume ==
DNA polymeráza je jeden z najdôležitejších enzýmov, ktoré sú vedecky využívané pri práci s DNA, konkrétne pre jej amplifikáciu, [[molekulárne klonovanie|klonovanie]] a [[sekvenácia DNA|sekvenáciu]]. Pre účely molekulárnej biológie boli izolované termostabilné DNA polymerázy, predovšetkým z bakteriálnych a [[archea|archeálnych] organizmov žijúcich v morských hlbinách. Tieto DNA boli pre vedecké účely ďalej modifikované mutáciami, aby bola ich aktivita zlepšená v prospech daného účelu. Doposiaľ najväčšie využite nachádzajú DNA polymerázy v tzv. [[polymerázová reťazová reakcia|polymerázovej reťazovej reakcii]], vďaka ktorej môžu vedci amplifikovať z jednej molekuly templátovej DNA ľubovoľný úsek DNA.<ref name=Lehn/>
== Referencie ==
<references/>
== Pozri aj ==
* [[Replikácia DNA]]
* [[Molekulárne klonovanie]]
== DNA* [[Ligáza ==]]
* [[DNA]]
[[Kategória:Enzýmy]]
[[Kategória:Replikácia DNA]]
149

úprav