Сравнительная характеристика ДНК-полимераз E. coli

^* для ферментов включающих более одной субъединицы, приведенные в таблице обозначения генов относятся только к полимеризующей активности. Обратите внимание на то, что обозначение dnaE является несколько устаревшим обозначением принятого в настоящее время символа polC.

^† молекулярная масса указана только для полимеризующей субъединицы. ДНК-полимераза II имеет несколько общих с ДНК-полимеразой III субъединиц, включая: b, g, d, d^/, c и y-субъединицы.

Таким образом, ДНК-полимераза I не является основополагающим ферментом репликации, вместо этого он выполняет массу «подчищающих» функций, принимая участие в процессах репликации, рекомбинации и репарации. Более того, специфические функции данного фермента расширяются благодаря его специфической 5^/®3^/-экзонуклеазной активности. Данная активность в отличие от корректирующей 3^/®5^/-экзонуклеазной активности связана с отдельным структурным доменом, который может быть отщеплен от интактного фермента посредством мягкого протеолиза. После отщепления 5^/®3^/-экзонуклеазного домена образующийся так называемый большой фрагмент ДНК-полимеразы I или фрагмент Кленова (мол. масса 68.000 Да) сохраняет полимеразную и корректирующую 3^/®5^/-экзонуклеазную активности. Специфическая 5^/®3^/-экзонуклеазная активность интактной ДНК-полимеразы I ответственна за замещение небольших сегментов ДНК (РНК) спаренных с матричной цепью в процессе так называемой nick-трансляции. Характерно, что другие ДНК-полимеразы утратили 5^/®3^/-экзонуклеазную активность.

Основной фермент репликации ДНК у E. coli – ДНК-полимераза III является гораздо более сложно устроенным, чем ДНК-полимераза I комплексом, включающим 10 разных видов (типов) субъединиц (табл. В) (рис. 1). Полимеризующая и корректирующая активности этого фермента связаны с его a- и e- субъединицами, соответственно. Субъединица q взаимодействуя с a- и e- субъединицами образует кор-фермент, который способен катализировать реакцию полимеризации, но с ограниченной эффективностью. Два кор-фермента могут быть соединены с другим набором субъединиц: g-комплексом, состоящим из семи субъединиц шести различных типов – t ₂ gdd^/cy, который способствует значительному увеличению процессивности полимеразы. (Мерой процессивности ДНК-полимеразы является длина фрагмента вновь синтезированной макромолекулы, которую фермент способен образовать в одном цикле, не диссоциируя от матрицы). За процесс сборки холофермента и его димеризацию отвечают t-субъединицы. Субъединицы t и g кодируются одним и тем же геном, однако g-субъединица является укороченным вариантом субъединицы t. Таким образом t-субъединица включает домен идентичный g и дополнительный сегмент ответственный за связывание с кор-ферментом. Полный ансамбль из 13 белковых субъединиц девяти (9) различных видов обозначают ДНК-полимеразой III^*.

ДНК-полимераза III^* способна полимеризовать ДНК, но с намного более низкой процессивностью, чем необходимо для удвоения всей хромосомы E. coli.

Таблица В

Характеристика субъединиц ДНК-полимеразы III E. coli

^* g-субъединица кодируется частью гена субъединицы t так, что 66% N-концевой последовательности t совпадает с полной аминокислотной последовательностью g. g-субъединица образуется путем сдвига рамки считывания, что приводит к ранней терминации трансляции.

Увеличение процессивности фермента достигается путем присоединения 4-х b-субъединиц на каждый холоэнзим ДНК-полимеразы III. b-субъединицы взаимодействуют попарно с образованием кольцеобразной структуры, которая обхватывает ДНК и действует на подобие «хомута». Каждый димер взаимодействует с субансамблем кор-фермента ДНК-полимеразы III* и «скользит» вдоль ДНК в ходе репликации. «Скользящий зажим» препятствует отделению полимеразы от молекулы ДНК, существенно увеличивая тем самым процессивность вплоть до 500.000 добавленных нуклеотидов.