ПОЛИМЕРАЗЫ

ПОЛИМЕРАЗЫ — нуклеотидилтрансферазы (КФ 2.7.7...), ферменты класса трансфераз, катализирующие синтез нуклеиновых кислот (РНК или ДНК) из рибо- или дезок-сирибонуклеотидов. В зависимости от типа соединения, образующегося в результате реакции, П. делят на ДНК-полимеразы (дезоксирибонуклеозидтрифосфат: полидезоксирибонуклеотид-нуклеотидилтрансферазы) и РНК-полимеразы (рибонуклеозидтрифосфат: полирибонуклеотид-нуклеотидилтрансферазы). Синтез дезоксирибонуклеиновых кислот (см.), к-рая происходит путем вырезания поврежденного участка и восстановления правильной последовательности нуклеотидов. П., катализирующие матричный синтез, используют в качестве матрицы однотяжевый отрезок полинуклеотидной цепи. В результате образуется полинуклеотид с последовательностью азотистых оснований, комплементарной последовательностью азотистых оснований нуклеиновой к-ты-матрицы, т. е. молекула, представляющая собой как бы химический негатив матрицы. В дальнейшем с использованием этого «негатива» может быть синтезирована копия матрицы.

Реакции, катализируемые матричными полимеразами, можно представить следующим уравнением:

где (НМФ)П — растущая полинуклеотидная цепь из n звеньев (ДНК или РНК); НТФ — рибо- или дезо-ксирибонуклеозидтрифосфат, ФФн— неорганический пирофосфат; Ме²⁺ — ионы двухвалентного металла (Mg²⁺ или Mn²⁺). В результате нуклеофильной атаки альфа-атома фосфора нуклеозидтрифосфата З'-гидроксильной группой, расположенной на конце растущей цепи, образуется фосфодиэфирная связь. Синтезируемая цепь растет в направлении 5'->З'; присоединение следующего нуклеотида избирательно: оно происходит в результате спаривания с азотистым основанием, входящим в состав матричной цепи комплементарного ему основания очередного нуклеозидтрифосфата.

Кроме матричных П., в организме обнаружены ферменты, катализирующие нематричный синтез нуклеиновых к-т. Один из таких ферментов — полинуклеотидфосфорилаза (КФ 2.7.7.8) — катализирует синтез Нуклеазы) эти ферменты относят к деполимеразам, в клетке они принимают участие в распаде молекул нуклеиновых к-т. Нематричный синтез нуклеиновых к-т катализируют также терминальные нуклеотидил-трансферазы, обеспечивающие наращивание нуклеотидов на 3'-конец полинуклеотидной цепи. С помощью таких ферментов осуществляется достройка концевого акцепторного тринуклеотида в транспортной РНК, а также пристройка полиаденилат-ного концевого фрагмента к информационной РНК (это облегчает транспорт РНК из ядра в цитоплазму).

Изучение П. началось в середине 50-х гг. 20 в. В 1955 г. Грюнберг-Манаго (М. Grunberg-Manago) и С. Очоа сообщили о выделении полинуклеотидфосфорилазы, в лаборатории А. Корнберга в это же время была получена ДНК-полимераза из Escherichia coli. В 1960—1961 гг. была получена РНК-полимераза, а в 1970 г. Балтимор (D. Baltimore) и Темин (H. Temin) сообщили об открытии фермента, обеспечивающего синтез ДНК на полинуклеотидной матрице РНК, который получил название обратная транскриптаза — ревертаза (см.).

ДНК-полимеразы встречаются во всех живых организмах. В зависимости от типа матрицы различают ДНК-зависимые ДНК-полимеразы (репликазы) и РНК-зависимые ДНК-полимеразы (обратные транскриптазы, или ревертазы). Наиболее детально исследованы ДНК-зависимые ДНК-полимеразы из Escherichia coli. В этом объекте обнаружено три аналогичных фермента со сходными свойствами: ДНК-полимеразы I, II и III. Один из них — ДНК-полимераза III, проявляющий максимальную активность, имеет сложную субъединичную структуру и участвует в репликации генома. ДНК-полимеразы I и II отличаются от этого фермента по четвертичной структуре (они являются мономерами) и функции (они обеспечивают репарацию генома, хотя не исключено, что ДНК-полимераза I участвует и в репликации).

В клетках животных также обнаружено три типа ДНК-зависимых ДНК-полимераз: альфа, бета и гамма. Из них альфа-фермент имеет более сложную структуру, чем бета-ДНК-полимераза. Оба фермента локализуются преимущественно в ядре; альфа-ДНК-полимеразе приписывают репликационную функцию; бета-фермент обеспечивает репарацию генома; а гамма-фермент осуществляет репликацию ДНК в митохондриях.

РНК-зависимая ДНК-полимераза выделена из РНК-содержащих вирусов, ее присутствие в клетках нек-рых животных нуждается в подтверждении.

РНК-полимеразы обнаруживаются во всех живых организмах: на матрице двухтяжевых ДНК с помощью ДНК-зависимых РНК-полимераз синтезируются РНК животных и растительных клеток, бактерий и ДНК-содержащих вирусов. У РНК-содержащих вирусов на матрице одно- или двухтяжевых РНК с помощью РНК-зависимых РНК-полимераз образуются их так наз. реплики.

Полагают, что РНК-полимераза из Escherichia coli состоит по меньшей мере из 5 субъединиц: двух альфа-цепей с мол. весом ок. 40 000, одной бета-цепи (мол. вес 155 000), одной бета'-цепи (мол. вес 165 000) и одной σ-цепи (мол. вес 12 000—16 000). Для нормального функционирования этого фермента необходима также так наз. σ-частица (мол. вес 95 000), обеспечивающая связывание фермента с промотором матричной ДНК. В клетках эукариотов обнаружены три формы РНК-полимеразы: ядрышковая, митохондриальная и фермент из нуклео-плазмы.

Количественное определение активности П. проводят, измеряя включение в полинуклеотидную цепь мононуклеотида, меченного радиоактивным изотопом (чаще всего ¹⁴C).

Успехи, достигнутые в исследовании П., позволили продвинуться вперед в изучении нек-рых злокачественных опухолей. Для диагностики лейкозов используется биохим. тест: величина активности обратной транскриптазы в эритроцитах. Получение антисыворотки против обратной транскриптазы вирусов, а также направленный поиск и синтез специфических ингибиторов этого фермента позволяют надеяться на создание эффективных хим. и биол, методов борьбы с лейкозами и нек-рыми другими онкол, заболеваниями. Ферменты, участвующие в обмене нуклеиновых к-т, в т. ч. и П., используют для синтеза генов, кодирующих некоторые важные в мед. практике полипептиды: интерферон, соматотропин, соматостатин и др. (см. Генная инженерия).

Библиография: Гаузе Г. Г. Ингибиторы биосинтеза ДНК, в кн.: Молек. биол., под ред. А. А. Ничипоровича, т. 16, с. 93, М., 1979; Дебов С. С. и Тихоне н-к о Т. И. Биосинтез и искусственный синтез нуклеиновых кислот, Вестн. АМН СССР, № 8, с. 11, 1979; Дэвидсон Дж. Биохимия нуклеиновых кислот, пер. с англ., М., 1976; Киселев Л. Л. РНК — направляемый синтез ДНК, в кн.: Молек. биол., под ред. А. А. Ничипоровича, т. 11, М., 1978; Корнберг А. Синтез ДНК, пер. с англ., М., 1977; Прангишвили Д. А. и Бибилашвили Р. Ш. Ферменты нематричного синтеза полири-бонуклеотидов, в кн.: Усп. биол, хим., под ред. Б. Н. Степаненко, т. 20, с. 5, М., 1979.

О. Д. Лопина.