DNA polymeraseаs
ДНК ПОЛИМЕРАЗЫ
Replicative DNA polymeraseаs M Mar Albà Genome Biology 2001 2(1): reviews3002.1-3002.4 http://genomebiology.com/2001/2/1/reviews/3002
Репликативыне ДНК полимеразы существенны для репликации генома. Они м.б. подразделены на 3 типа. Типа A полимеразы гомологичны бактериальной полимеразе I, Тиав B представляет archaebacterial ДНК полимеразы и эукариотическую ДНК полимеразу α, а бактериальная полимераза III класса составлет тип C. Структуры известны для нескольких типа A и B полиераз, которые обнаруживают сходство архитектуры. Каталитический механизм для всех трех типов связан с двумя ионы металла-связывающими кислыми остатками в активном сайте. Репликативные полимеразы экспрессируются постоянно, но их активность регулируется с помощью клеточного цикла и разными условиями роста.	Classification Три группы ДНК полимераз: type A, type B и type C, гомологичны polA (pol I), polB (pol II) и polC (pol III) Escherichia coli, соотв. Помимо репликативных ДНК полимераз, эти группы также включают полимерзы, участвующие в др типа синтеза ДНК и репарации ДНК. Напр., у бактерий основная репликативная ДНК полимераза является pol III (type C), тогда как ДНК полимераза I (type A) несущественна для репликации, а ДНК полимераза II (type B) присутствует лишь у немногих бактерий. Pol I играет роль в эксцизионной репарации нуклеотидов и в процессинге фрагментов Okazaki, которые генерируются на lagging нити во время репликации ДНК, тогда как pol II, как известно, вовлекается в репарацию ДНК поперечных сшивок. Полимераза delta эукариот принадлежит к той же самой группе полимераз, что и репликативная ДНК полимераза α (type B). Роль полимеразы delta в репликации, однако, неясна, хотя есть доказательства ее участия в в пострепликативной репарации ДНК. Репликативные ДНК полимеразы некоторых бактериофагов (T3, T5 и T7) и эукариотические митохондриальные ДНК полимеразы имеют гомологию с бактериальными полимеразами I и являются, следовательно, type A полимеразами. Эукариотическая репликативная полимераза a, archaebacterial ДНК полимеразы, вирусные ДНК полимеразы, ДНК полимеразы кодируемые в митохондриальных плазмидах разлчных грибов и растений и некоторые бактериофаговые полимеразы (T4 и RB69) относятся к типу B. Бактериальная ДНК полимераза III класса, члены которого ответственны за большую часть репликативного синтеза ДНК в бактериях, являются типом C ДНК полимераз. Три типа не обладаютo очевидным сходством последовательностей, но типы A и B структурно сходны др с др. Некоторые бактерии имеют несколько генов для типа C ДНК полимераз. Менее известно о гене ДНК полимеразы α у эукариот, хотя ген у мыши содержит 4 экзонa. CHARACTERISTIC STRUCTURAL FEATURES Sequence features Типа A полимеразы содержат три законсервированных мотива: A, B и C. Мотивы A и C (Рис. 1). Рис.1. \| Logo representation of ДНК полимераза domains from representative полимераза sequences являются частями каталитического сайта, тогда как мотив B участвует в связывании dNTPs. У типа B полимераз свяше 6 областей гомологичных последовательностей. Области I (Prosite signature PS00116) и II формируют часть активного сайта и рассматриваются как эквиваленты мотивов С и А соотв. полимераз типа A (Рис. 1). В этих областях, metal-ion-binding aspartic acid остатки находятся в эквивалентных структурных положениях. Помимо каталитического домена ДНК полимеразы часто имеют добавочные домены, необходимые для редакторской активности, эксцизии Okazaki праймеров во время репликации (structure-specific 5' nuclease activity), или для взаимодействийс др белками. Бактериальные и archaebacterial репликативные ДНК полимеразы м. содержать 3'-to-5' proofreading экзонуклеазный домен , а эукариотическая α полимераза в своей каталитической субединице содержит домен цинковые пальчики, необходимый для взаимодействий с др суьъединицами полимераза-primase комплекса. Фрагмент в 35-остатков с потенциалом формировать Zn-пальчики идентифицирован также в типа C ДНК полимеразе бактерий. Эта область, по-видимому, существенна для собственно образования и/или функции полимеразного сайта энзимов. Structural features Каталитичесие домены типа A и B ДНК полимераз имеют общую архитектуру, которая напоминает правую ладонь и состоит из доменов большого пальца, ладонного и пальцевых. Рис.2. \| ДНК полимераза protein structures Сходная структура и каталитический механизм обнаруживаются и в др. семействах полимераз, таки как эукариотическая ДНК полимераза β, обратные транскриптазы и РНК-зависимые РНК полимеразы. Наиболее законсервированной областью является ладонный домен, который содержит каталитический сайт. Домены пальцевой и большого пальца разной организации в двух семействах, хотя thumb всегда содержит параллельную и антипараллельную α спирали, которые, по0\-видимому, взаимодействуют с минорной бороздой комплекса праймер-матрица, а пальцевой домен имеет α спираль, которая имеет законсервированные боковые цепи, расположенные на тупом конце комплекса primer-template. LOCALIZATION и FUNCTION Репликативные полимеразы необходимы для тонкой репликации генетического матриала и они выполняют свою роль путем присоединения соответствующих нуклеотидов к синтезируемой цепи, комплементарно матричной нити. Репликативная кухня ( machinery), которая включает рад др хрошо законсервированных энзимов, таких как helicases и primases, собирается в точке начала репликации, где репликативная ДНК полимераза инициирует синтез ДНК, используя короткую ДНК или РНК затравку (primers). Все известные ДНК полимеразы синтезируют ДНК направлении 5'-к-3'. Репликация ДНК происходит до начала клеточного деления. Гены репликативнаой ДНК полимеразы являются генами домашнего хозяйства и у эукариот обнаруживаются во всех ядрах. Активность полимеразы м. контролироваться кл.цикл-зависимым способом или в ответ на разные средовые условия. Напр., умлекопитающих активность репликативной ДНК полимераза α регулируется с помощью фосфорлирования во время клеточного цикла и ее экспрессия стимулируется с помощью спейифических транскрипционных факторов во время роста. ENZYME MECHANISM Синтез ДНК обеспечивается путем переноса phosphoryl группы с incoming dNTP на ДНК 3' OH, высвобождая pyrophosphate и формируя новый ДНК phosphodiester мостик. Эта реакция катализируется с помощью механизма, который использует два иона металла, обычно Mg²⁺, с участием двух остатков аспартиковой кислоты, которая структурно законсервирована среди разных энзимов. Аспартиковые кислоты законсервированы в мотивах A и II, а также C и I, из типа A и типа B полимеразаs, соотв. (Рис. 1). Первый ион металла активирует 3'-OH для атаки α phosphate из incoming dNTP, а второй ион металла стабилизирует негативный заряд, который возникает на покинутом кислороде и chelates β- и γ-фосфаты. Каталитический механизм типа C ДНК полимеразы каталитической субъединицы м.б. сходным с типом A и B полимераз. Три законсервированных aspartic acid остатка идентифицированы, которые строго влияют на полимеразную активность и которые м, таким образом. участвовать в координации ионов металла в активном сайте.

Classification

Три группы ДНК полимераз: type A, type B и type C, гомологичны polA (pol I), polB (pol II) и polC (pol III) Escherichia coli, соотв. Помимо репликативных ДНК полимераз, эти группы также включают полимерзы, участвующие в др типа синтеза ДНК и репарации ДНК. Напр., у бактерий основная репликативная ДНК полимераза является pol III (type C), тогда как ДНК полимераза I (type A) несущественна для репликации, а ДНК полимераза II (type B) присутствует лишь у немногих бактерий. Pol I играет роль в эксцизионной репарации нуклеотидов и в процессинге фрагментов Okazaki, которые генерируются на lagging нити во время репликации ДНК, тогда как pol II, как известно, вовлекается в репарацию ДНК поперечных сшивок. Полимераза delta эукариот принадлежит к той же самой группе полимераз, что и репликативная ДНК полимераза α (type B). Роль полимеразы delta в репликации, однако, неясна, хотя есть доказательства ее участия в в пострепликативной репарации ДНК.

Репликативные ДНК полимеразы некоторых бактериофагов (T3, T5 и T7) и эукариотические митохондриальные ДНК полимеразы имеют гомологию с бактериальными полимеразами I и являются, следовательно, type A полимеразами. Эукариотическая репликативная полимераза a, archaebacterial ДНК полимеразы, вирусные ДНК полимеразы, ДНК полимеразы кодируемые в митохондриальных плазмидах разлчных грибов и растений и некоторые бактериофаговые полимеразы (T4 и RB69) относятся к типу B. Бактериальная ДНК полимераза III класса, члены которого ответственны за большую часть репликативного синтеза ДНК в бактериях, являются типом C ДНК полимераз. Три типа не обладаютo очевидным сходством последовательностей, но типы A и B структурно сходны др с др. Некоторые бактерии имеют несколько генов для типа C ДНК полимераз. Менее известно о гене ДНК полимеразы α у эукариот, хотя ген у мыши содержит 4 экзонa.

CHARACTERISTIC STRUCTURAL FEATURES
Sequence features

Типа A полимеразы содержат три законсервированных мотива: A, B и C. Мотивы A и C (Рис. 1).

Рис.1. | Logo representation of ДНК полимераза domains from representative полимераза sequences

являются частями каталитического сайта, тогда как мотив B участвует в связывании dNTPs. У типа B полимераз свяше 6 областей гомологичных последовательностей. Области I (Prosite signature PS00116) и II формируют часть активного сайта и рассматриваются как эквиваленты мотивов С и А соотв. полимераз типа A (Рис. 1). В этих областях, metal-ion-binding aspartic acid остатки находятся в эквивалентных структурных положениях.

Помимо каталитического домена ДНК полимеразы часто имеют добавочные домены, необходимые для редакторской активности, эксцизии Okazaki праймеров во время репликации (structure-specific 5' nuclease activity), или для взаимодействийс др белками. Бактериальные и archaebacterial репликативные ДНК полимеразы м. содержать 3'-to-5' proofreading экзонуклеазный домен , а эукариотическая α полимераза в своей каталитической субединице содержит домен цинковые пальчики, необходимый для взаимодействий с др суьъединицами полимераза-primase комплекса. Фрагмент в 35-остатков с потенциалом формировать Zn-пальчики идентифицирован также в типа C ДНК полимеразе бактерий. Эта область, по-видимому, существенна для собственно образования и/или функции полимеразного сайта энзимов.

Structural features

Каталитичесие домены типа A и B ДНК полимераз имеют общую архитектуру, которая напоминает правую ладонь и состоит из доменов большого пальца, ладонного и пальцевых.

Рис.2. | ДНК полимераза protein structures

Сходная структура и каталитический механизм обнаруживаются и в др. семействах полимераз, таки как эукариотическая ДНК полимераза β, обратные транскриптазы и РНК-зависимые РНК полимеразы. Наиболее законсервированной областью является ладонный домен, который содержит каталитический сайт. Домены пальцевой и большого пальца разной организации в двух семействах, хотя thumb всегда содержит параллельную и антипараллельную α спирали, которые, по0\-видимому, взаимодействуют с минорной бороздой комплекса праймер-матрица, а пальцевой домен имеет α спираль, которая имеет законсервированные боковые цепи, расположенные на тупом конце комплекса primer-template.

LOCALIZATION и FUNCTION

Репликативные полимеразы необходимы для тонкой репликации генетического матриала и они выполняют свою роль путем присоединения соответствующих нуклеотидов к синтезируемой цепи, комплементарно матричной нити. Репликативная кухня ( machinery), которая включает рад др хрошо законсервированных энзимов, таких как helicases и primases, собирается в точке начала репликации, где репликативная ДНК полимераза инициирует синтез ДНК, используя короткую ДНК или РНК затравку (primers). Все известные ДНК полимеразы синтезируют ДНК направлении 5'-к-3'.

Репликация ДНК происходит до начала клеточного деления. Гены репликативнаой ДНК полимеразы являются генами домашнего хозяйства и у эукариот обнаруживаются во всех ядрах. Активность полимеразы м. контролироваться кл.цикл-зависимым способом или в ответ на разные средовые условия. Напр., умлекопитающих активность репликативной ДНК полимераза α регулируется с помощью фосфорлирования во время клеточного цикла и ее экспрессия стимулируется с помощью спейифических транскрипционных факторов во время роста.

ENZYME MECHANISM

Синтез ДНК обеспечивается путем переноса phosphoryl группы с incoming dNTP на ДНК 3' OH, высвобождая pyrophosphate и формируя новый ДНК phosphodiester мостик. Эта реакция катализируется с помощью механизма, который использует два иона металла, обычно Mg²⁺, с участием двух остатков аспартиковой кислоты, которая структурно законсервирована среди разных энзимов. Аспартиковые кислоты законсервированы в мотивах A и II, а также C и I, из типа A и типа B полимеразаs, соотв. (Рис. 1). Первый ион металла активирует 3'-OH для атаки α phosphate из incoming dNTP, а второй ион металла стабилизирует негативный заряд, который возникает на покинутом кислороде и chelates β- и γ-фосфаты.

Каталитический механизм типа C ДНК полимеразы каталитической субъединицы м.б. сходным с типом A и B полимераз. Три законсервированных aspartic acid остатка идентифицированы, которые строго влияют на полимеразную активность и которые м, таким образом. участвовать в координации ионов металла в активном сайте.

Replicative DNA polymeraseаs

Classification

CHARACTERISTIC STRUCTURAL FEATURES Sequence features

LOCALIZATION и FUNCTION

ENZYME MECHANISM

CHARACTERISTIC STRUCTURAL FEATURES
Sequence features