Полимеразы

Полимеразы — это ферменты, катализирующие образование макромолекул из низкомолекулярных веществ (мономеров). Наиболее важными среди них являются нуклеотидилтрансферазы, которые осуществляют синтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) из нуклеозидтрифосфатов, используя в качестве матрицы одну из цепей ДНК или РНК.

Механизм действия:

Под действием полимеразы нуклеозидтрифосфаты присоединяются к растущему концу синтезируемой цепи нуклеиновой кислоты. Это приводит к удлинению цепи на одну нуклеотидную единицу и сопровождается высвобождением молекулы пирофосфата.

Основные классы полимераз:

  1. ДНК-зависимая РНК-полимераза — осуществляет транскрипцию, то есть синтез молекулы РНК на матрице ДНК.
  2. ДНК-зависимая ДНК-полимераза — катализирует репликацию, то есть синтез дочерней цепи ДНК на матрице родительской ДНК.
  3. РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза) — синтезирует ДНК на матрице РНК. Обнаружена в ретровирусах (включая онкогенные, например, ВИЧ).
  4. РНК-зависимая РНК-полимераза (РНК-репликаза) — осуществляет синтез РНК на матрице РНК. Функционирует в клетках, заражённых РНК-содержащими вирусами, обеспечивая репликацию их генома.

Современный контекст

Современная классификация и понимание полимераз значительно расширились. Помимо основных классов, описанных выше, известно множество специализированных ДНК-полимераз у эукариот, прокариот и архей, выполняющих специфические функции:

  • Полимеразы репарации — участвуют в исправлении повреждений ДНК (например, Pol β, Pol η у человека).
  • Транслезионные синтезирующие полимеразы — способны встраивать нуклеотиды напротив повреждённых участков матрицы, что позволяет клетке пережить стресс, но часто с повышенной частотой ошибок.
  • Теломераза — специализированная обратная транскриптаза, достраивающая концы хромосом (теломеры) у эукариот.

Исследования структуры и механизмов работы полимераз (например, методом рентгеноструктурного анализа) позволили детально понять процессы узнавания субстрата, обеспечения высокой точности синтеза (proofreading-активность) и стали основой для разработки таких технологий, как ПЦР (полимеразная цепная реакция), без которой немыслима современная молекулярная биология, медицина и криминалистика.