Posted inBiologiya

DNK polimeraza

Inson beta-DNK-polimerazasidagi DNK bilan bog‘lanuvchi spiral-sochto‘g‘nag‘ichsimon qismlarning uch o‘lchamli tuzilishi (PDB: 7ICG Arxiv nusxasi, 1-fevral (2017-yil) sanasida Wayback Machine)

DNK-polimeraza — ferment bo‘lib, u DNK replikatsiyasida ishtirok etadi. Bu sinf fermentlari dezoksiribonukleotidlarning polimerlanishini DNK nukleotidlari zanjiri bo‘ylab katalizlaydi. Ferment bu zanjirni «o‘qiydi» va qolip sifatida ishlatadi. Yangi nukleotidning turi qolipga nisbatan komplementarlik tamoyili asosida aniqlanadi. Hosil bo‘layotgan molekula qolip vazifasini bajaruvchi yakka zanjirga komplementar bo‘lib, qo‘sh spiralning ikkinchi zanjiri bilan bir xil bo‘ladi.

Quyidagi turlar farqlanadi: DNKga bog‘liq DNK-polimeraza — DNK zanjirlaridan birini qolip sifatida ishlatadi; va RNKga bog‘liq DNK-polimeraza (boshqa nomi — teskari transkriptaza) — RNKdan ham axborot o‘qiy oladi (teskari transkripsiya).

DNK-polimeraza xoloferment hisoblanadi, chunki uning me’yorida ishlashi uchun kofaktor sifatida ionlar (magniy) zarur. Kofaktor bo‘lgan ionlar (magniy) bo‘lmaganda ferment quyidagicha ataladi: apoferment.

DNK-polimeraza nukleotidlar zanjirining bir qismiga bog‘lanib, DNK replikatsiyasini boshlaydi. Fermentning qolipga bir marta bog‘lanishi va undan ajralishi davomida qo‘shadigan nukleotidlarining o‘rtacha sonining nomi — protsessivlik.

DNK-polimerazaning ta’sir mexanizmi

DNK replikatsiyasi

Ma’lumki, DNK molekulasining ikki zanjiri antiparallel yo‘nalgan. Har bir zanjirning ikki uchi 3’-uch va 5’-uch deb ataladi. Replikatsiya davomida ikkala yangi zanjir bir vaqtning o‘zida, nukleotidlar ketma-ket qo‘shilishi hisobiga o‘sadi. DNK-polimeraza qolipni faqat 3’-5’ yo‘nalishda o‘qiydi va yig‘ilayotgan zanjirning 3’-uchiga erkin nukleotidlarni qo‘shadi. Shu bois DNK sintezi qolip zanjirlardan faqat bittasida uzluksiz kechadi; bu zanjir «yetakchi» deb ataladi. Ikkinchi («ortda qoluvchi») zanjirda esa sintez qisqa fragmentlar shaklida sodir bo‘ladi.

Ma’lum bo‘lgan DNK-polimerazalarning hech biri zanjirni «noldan» hosil qila olmaydi: ular nukleotidlarni faqat mavjud 3’-gidroksil guruhiga qo‘sha oladi. Shuning uchun DNK-polimerazaga praymer zarur: ferment birinchi nukleotidni aynan unga qo‘shadi. Praymerlar RNK va DNK asoslaridan tashkil topadi; bunda dastlabki ikki asos har doim RNK asoslari bo‘ladi. Praymerlarni boshqa ferment — praymaza sintezlaydi. Yana bir ferment — helikaza — DNK qo‘sh spiralini yechib, bir zanjirli tuzilma hosil qilish uchun zarur. Bu tuzilma DNK replikatsiyasining yarim konservativ modeliga muvofiq ikkala zanjirning ko‘payishini ta’minlaydi.

Ayrim DNK-polimerazalar yangi sintezlanayotgan DNK zanjiridagi xatolarni ham tuzata oladi. Agar nukleotidlarning noto‘g‘ri juftlashgani aniqlansa, DNK-polimeraza bir qadam orqaga qaytadi. O‘zining 3'-5'-ekzonukleaza gidrolitik faolligi tufayli DNK-polimeraza zanjirdagi noto‘g‘ri nukleotidni olib tashlab, uning o‘rniga to‘g‘risini kiritadi. Shundan so‘ng replikatsiya odatdagi tartibda davom etadi.

DNK-polimerazalarning xilma-xilligi

DNK-polimerazalarning tuzilishi juda qat’iy saqlangan. Ularning katalitik subbirliklari turli tirik hujayralarda juda kam farqlanadi. Bunday tuzilish barqarorligi odatda xilma-xillikning cheklanishi hujayra faoliyati uchun nihoyatda muhim yoki hatto almashtirib bo‘lmaydigan vazifa bilan bog‘liq bo‘lgan hollarda uchraydi.

Ayrim viruslar genlarida ham virus DNKsini tanlab replikatsiya qila oladigan maxsus DNK-polimerazalar kodlangan. Retroviruslar esa teskari transkriptaza deb ham ataluvchi noodatiy DNK-polimeraza geniga ega. Bu RNKga bog‘liq DNK-polimeraza bo‘lib, RNK qolipi asosida DNK zanjirini yig‘adi.

DNK-polimerazalar oilalari

Tuzilishiga ko‘ra, DNK-polimerazalar yetti oilaga ajratiladi: A, B, C, D, X, Y va RT.

A oilasi

A oilasiga DNKni replikatsiya qiluvchi va tiklovchi polimerazalar kiradi. Replikativ vakillarga, masalan, yaxshi o‘rganilgan T7 virusi DNK-polimerazasi yoki eukariotlarning mitoxondrial DNK-polimerazasi γ kiradi. Tiklovchi polimerazalarga, masalan, E. coli ning DNK-polimeraza I fermenti, Thermus aquaticus ning polimeraza I fermenti yoki Bacillus stearothermophilus ning polimeraza I fermenti misol bo‘ladi. Tiklovchi polimerazalar sintezlanayotgan DNKdagi xatolarni tuzatadi, shuningdek, quyidagi fragmentlarga ishlov beradi: Okazaki fragmentlari.

B oilasi

B oilasiga asosan tiklovchi polimerazalar, jumladan, eukariotlarning asosiy DNK-polimerazalari α, δ va ε, shuningdek, DNK-polimeraza ζ kiradi. Bu oilaga ayrim bakteriyalar va bakteriofaglar, jumladan, T4, Phi29[inglizcha] hamda RB69 bakteriofaglarining DNK-polimerazalari ham kiradi. Bu fermentlar DNKning 3’-5’ va 5’-3’ yo‘nalishdagi yakka zanjirlarini sintezlashda ishlatiladi. Ushbu oila polimerazalarining ajralib turadigan xususiyati — replikatsiya aniqligining juda yuqoriligidir. Ko‘pchiligi kuchli 3’-5’-ekzonukleaza faolligiga ham ega (xatolarni tuzatish xususiyati kuzatilmaydigan DNK-polimerazalar α va ζ bundan mustasno).

C oilasi

Bu oiladagi polimerazalar asosan bakteriyalarning xromosomal DNKsini replikatsiya qiluvchi fermentlar bo‘lib, 3’-5’-ekzonukleaza faolligiga ham ega.

D oilasi

Bu oila polimerazalari yetarlicha o‘rganilmagan. Ma’lum bo‘lgan barcha namunalari replikativ polimerazalar hisoblanadi va arxeylarning quyidagi subdomenida aniqlangan: Euryarchaeota.

X oilasi

X oilasiga keng ma’lum bo‘lgan eukariot DNK-polimeraza β hamda σ, λ, μ kabi boshqa polimerazalar va terminal dezoksinukleotidiltransferaza (TdT) kiradi. DNK-polimeraza β DNKning shikastlangan qismlarini tiklash jarayoni uchun zarur. λ va μ polimerazalari nogomologik uchlarni birlashtirish — qo‘sh spiral uzilishlarini tiklash jarayonida qatnashadi. TdT faqat limfoid to‘qimada ekspressiyalanadi va V(D)J-rekombinatsiyasi davomida yuzaga keladigan qo‘sh spiral uzilishlariga «n nukleotid» qo‘shadi. Saccharomyces cerevisiae achitqi zamburug‘ida X oilasining faqat bitta polimerazasi — Pol4 mavjud bo‘lib, u nogomologik uchlarni birlashtirishda ishtirok etadi.

Y oilasi

Bu oilaning polimerazalari boshqalaridan shikastlanmagan qoliplarda past samaradorlik ko‘rsatishi hamda shikastlangan DNK qoliplarida ham replikatsiya qila olishi bilan farqlanadi. Shu sababli bu oila vakillari shikastlangan joydan o‘tib sintez qiluvchi polimerazalar (translezion sintez polimerazalari) deb ataladi. Shikastlanish (leziya) xususiyatiga qarab, TLS-polimerazalar dastlabki zanjirni tiklashi mumkin. Biroq xato tuzatilmay qolishi ham mumkin va bu mutatsiyalarga olib keladi. Pigmentli kserodermiya (Xeroderma pigmentosum) bilan og‘rigan odamlarda, masalan, shikastlanishga chidamli DNK-polimeraza η (eta) ning mutant geni uchraydi; boshqa polimerazalar, jumladan, B oilasiga mansub ζ ham mutatsiyalar ta’siriga uchraydi. Bu holat saraton kasalliklariga moyillikni kuchaytiradi, deb hisoblanadi.

Bu oilaning boshqa vakillari — inson polimerazalari ι, κ hamda terminal dezoksinukleotidiltransferaza Rev1. E. coli da ikkita TLS-polimeraza mavjud: IV (DINB) va V (UMUC).

RT oilasi

Teskari transkriptazalar oilasi (oilaning nomi inglizcha reverse transcriptase iborasidan olingan) retroviruslarda ham, eukariotlarda ham uchraydigan polimerazalarni o‘z ichiga oladi. Ular RNKga bog‘liq DNK-polimerazalardir, ya’ni yuqorida ta’riflangan fermentlardan farqli ravishda sintezda DNKni emas, RNKni qolip sifatida ishlatadi. Eukariotlarning teskari transkriptazalari asosan telomerazalar bilan ifodalanadi. Bu polimerazalar DNK zanjirini sintezlash uchun RNK qolipidan foydalanadi.

Prokariot DNK-polimerazalari

Bakteriyalarda besh turdagi DNK-polimeraza aniqlangan:

  • DNK-polimeraza I DNKni tiklashda ishtirok etadi; 5'-3' va 3'-5' yo‘nalishlarning ikkalasida ham ekzonukleaza faolligiga ega;
  • DNK-polimeraza II shikastlangan DNKni tiklashda qatnashadi. Zanjirni 5'-3' yo‘nalishda uzaytira oladi va 3'-5'-ekzonukleaza faolligiga ega;
  • DNK-polimeraza III — bakteriyalarning asosiy polimerazasi bo‘lib, 3'-5'-ekzonukleaza faolligiga ham ega;
  • DNK-polimeraza IV — Y oilasiga mansub DNK-polimeraza;
  • DNK-polimeraza V — Y oilasiga mansub, DNKning shikastlangan qismlarini chetlab o‘tishda qatnashadigan DNK-polimeraza.

Eukariot DNK-polimerazalari

Eukariotlarda DNK-polimerazalarning kamida o‘n besh turi mavjud:

  • DNK-polimeraza α dastlab praymaza vazifasini bajarib, RNK praymerini sintezlaydi, keyin esa odatiy polimeraza sifatida unga nukleotidlarni qo‘shadi. Zanjir uzunligi taxminan 20 nukleotidga yetgach, DNK sintezini δ va ε polimerazalari davom ettiradi;
  • DNK-polimeraza β DNKni tiklashda ishtirok etadi;
  • Pol γ replikatsiya qiladigan molekula — mitoxondrial DNK;
  • DNK-polimeraza δ — eukariotlarning asosiy polimerazasi. Yuqori samaradorlikka, shuningdek, 3'-5'-ekzonukleaza faolligiga ega;
  • DNK-polimeraza ε ayrim hollarda 3’-5’ yo‘nalishdagi yakka zanjir sintezi vaqtida DNK-polimeraza δ o‘rnini bosadi. Bu polimerazaning asosiy vazifasi aniq emas;
  • DNK-polimerazalar η, ι, κ va Rev1 — Y oilasidan, shuningdek, ζ — B oilasidan. Bu polimerazalar DNKning shikastlangan qismlarini chetlab o‘tishda ishtirok etadi;
  • hali yetarlicha o‘rganilmagan boshqa eukariot DNK-polimerazalar ham mavjud: θ, λ, φ, σ va μ.

Boshqa eukariot polimerazalar ham aniqlangan.

Hech bir eukariot polimeraza praymerlarni ajratib tashlay olmaydi, ya’ni 5’-3’-ekzonukleaza faolligiga ega emas. Bu vazifani boshqa fermentlar bajaradi. Faqat zanjirni uzaytiruvchi (γ, δ va ε) polimerazalarda 3'-5'-ekzonukleaza xususiyatlari mavjud.

Adabiyotlar

Havolalar