Biomics

ДНК-зависимые ДНК-полимеразы являются многофункциональными ферментами. Помимо своего основного предназначения ‒ строить цепь ДНК, комплементарную матричной, они выступают как экзонуклеазы, разрушающие одну из цепей ДНК, характеризуясь разнонаправленными 3’→5’- и 5’→3’-активностями, за которые отвечают соответствующие домены этих крупных белков. При этом домены, отвечающие за экзонуклеазные активности, располагаются на N-конце белка, тогда как нуклеотидилтрансферазный домен расположен на C-конце. Подобная топология их организации практически едина для всех ферментов этой группы. Кроме того, некоторые ДНК-полимеразы вместо репарирующей активности обладают цепь-вытесняющей активностью, вытесняя встречающуюся им старую цепь ДНК. Показано также, что ДНК-полимеразы способны катализировать пирофосфоролиз. Обнаруженные у разных организмов ДНК-полимеразы формируют семь семейств, из которых в ПЦР находят применение термостабильные ферменты эубактерий из A‑семейства и архейные из B-семейства. Архейные ДНК-полимеразы обладают редактирующей активностью, обеспечивая более высокую точность копирования при амплификации, тогда как некоторые генно-инженерные ДНК-полимеразы лишены обеих экзонуклеазных активностей.

ДНК-полимераза, семейства ДНК-полимераз, полимеразный домен, 5’→3’-экзонуклеазный домен, 3’→5’-экзонуклеазный домен, репарирующая активность, редактирующая активность, пирофосфоролиз

1. Гарафутдинов Р.Р., Никоноров Ю.М., Сахабутдинова А.Р. и др. Ферментативный синтез олигонуклеотидов. Biomics. 2025. 17(4). 337-351. doi: 10.31301/2221-6197.bmcs.2025-30
2. Bessman MJ, Lehman IR, Simms ES et al. Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. II. General properties of the reaction. J Biol Chem. 1958. 233(1). 171-177. doi: 10.1016/S0021-9258(19)68049-X
3. Braithwaite DK, Ito J. Compilation, alignment, and phylogenetic relationships of DNA polymerases. Nucleic Acids Res. 1993. 21(4). 787-802. doi: 10.1093/nar/21.4.787
4. Bollum FJ. Calf thymus polymerase. J Biol Chem. 1960. 235(8). 2399-2403. doi: 10.1016/S0021-9258(18)64634-4
5. Burgers PM, Koonin EV, Bruford E et al. Eukaryotic DNA polymerases: proposal for a revised nomenclature. J Biol Chem. 2001. 276(47). 43487-43490. doi: 10.1074/jbc.R100056200
6. Case BC, Hingorani MM. Polymerase. In: Reference Module in Life Sciences, Elsevier, 2017. doi: 10.1016/B978-0-12-809633-8.06928-4
7. Delarue M, Poch O, Tordo N et al. An attempt to unify the structure of polymerases. Protein Eng. 1990. 3(6). 461-467. doi: 10.1093/protein/3.6.461
8. Ito J, Braithwaite DK. Compilation and alignment of DNA polymerase sequences. Nucleic Acids Res. 1991. 19(15). 4045-4057. doi: 10.1093/nar/19.15.4045
9. Jain R, Aggarwal AK, Rechkoblit O. Eukaryotic DNA polymerases. Curr Opin Struct Biol. 53. 77-87. doi: 10.1016/j.sbi.2018.06.003
10. Jayasinghe MI, Patel KJ, Jackman JE. Thg1 family 3`-5` RNA polymerases as tools for targeted RNA synthesis. RNA. 2024. 30(10). 1315-1327. doi: 10.1261/rna.080156.124
11. Joyce CM, Grindley ND. Construction of a plasmid that overproduces the large proteolytic fragment (Klenow fragment) of DNA polymerase I of Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA. 1983. 80(7). 1830-1834. doi: 10.1073/pnas.80.7.1830
12. Joyce CM, Kelley WS, Grindley ND. Nucleotide sequence of the Escherichia coli polA gene and primary structure of DNA polymerase I. J Biol Chem. 1982. 257(4). 1958-1964. doi: 10.1016/S0021-9258(19)68132-9
13. Klenow H, Overgaard-Hansen K. Proteolytic cleavage of DNA polymerase from Escherichia coli B into an exonuclease unit and a polymerase unit. FEBS Lett. 1970. 6(1). 25-27. doi: 10.1016/0014-5793(70)80032-1
14. Kornberg A, Lehman LR, Simms ES. Polydesoxyribonucleotide synthesis by enzymes from Escherichia coli. Federation Proceedings. 15(1). 291-292.
15. Kuznetsova AA, Fedorova OS, Kuznetsov NA. Structural and Molecular Kinetic Features of Activities of DNA Polymerases. Int J Mol Sci. 2022. 23(12). 6373. doi: 10.3390/ijms23126373
16. Lehman IR, Bessman MJ, Simms ES et al. A. Enzymatic synthesis of deoxyribonucleic acid. I. Preparation of substrates and partial purification of an enzyme from Escherichia coli. J Biol Chem. 1958. 233(1). 163-170. doi: 10.1016/S0021-9258(19)68048-8
17. Nakamura A, Nemoto T, Heinemann IU et al. Structural basis of reverse nucleotide polymerization. Proc Natl Acad Sci USA. 2013. 110(52). 20970-20975. doi: 10.1073/pnas.1321312111
18. Ollis DL, Brick P, Hamlin R et al. Structure of large fragment of Escherichia coli DNA polymerase I complexed with dTMP. Nature. 1985. 313(6005). 762-726. doi: 10.1038/313762a0