2) катализирующие синтез новых полинуклеотидов (+)
3) катализирующие реакцию введения в молекулу ДНК отрицательных и положительных витков
4) гидролизующие фосфодиэфирную связь в молекулах ДНК
Полимеразы — это ферменты, катализирующие образование новых полинуклеотидных цепей из нуклеотидных предшественников. ДНК-полимеразы синтезируют цепь ДНК на матрице нуклеиновой кислоты, последовательно присоединяя дезоксирибонуклеотиды к 3′-концу растущей цепи с образованием фосфодиэфирных связей. РНК-полимеразы по сходному принципу обеспечивают синтез РНК из рибонуклеотидов.
В судебно-генетических исследованиях особенно важна термостабильная ДНК-полимераза, используемая при полимеразной цепной реакции. После денатурации ДНК и присоединения праймеров фермент осуществляет их удлинение, комплементарно копируя исследуемый участок. Многократное повторение этих циклов приводит к экспоненциальному накоплению целевого фрагмента ДНК, что позволяет исследовать даже небольшое количество биологического материала.
Полимеразы следует отличать от других ферментов обмена и структурной модификации ДНК. Метилирование нуклеотидов выполняют метилтрансферазы, изменение степени сверхспирализации ДНК обеспечивают топоизомеразы, а расщепление фосфодиэфирных связей осуществляют нуклеазы. Таким образом, определяющим функциональным признаком полимеразы является именно ферментативное построение новой цепи нуклеиновой кислоты.
| Фермент | Основная реакция | Значение для работы с нуклеиновыми кислотами |
|---|---|---|
| ДНК-полимераза | Синтез ДНК из дезоксирибонуклеотидов | Репликация ДНК, амплификация при ПЦР |
| РНК-полимераза | Синтез РНК на матрице ДНК | Транскрипция генетической информации |
| Метилтрансфераза | Перенос метильной группы на основания или другие молекулы | Эпигенетическая регуляция и модификация ДНК |
| Топоизомераза | Временное разрывание и восстановление цепей ДНК | Изменение сверхспирализации и топологии ДНК |
| Эндонуклеаза | Гидролиз внутренних фосфодиэфирных связей | Расщепление ДНК внутри полинуклеотидной цепи |
| Экзонуклеаза | Последовательное удаление нуклеотидов с концов цепи | Репарация, процессинг и деградация нуклеиновых кислот |
Для активности большинства ДНК-полимераз необходимы матрица, праймер со свободной 3′-OH-группой, дезоксирибонуклеозидтрифосфаты и ионы двухвалентного металла, обычно Mg2+. Синтез новой цепи происходит преимущественно в направлении 5′→3′. В судебной молекулярной генетике свойства конкретной полимеразы влияют на эффективность и точность амплификации STR-локусов и других генетических маркеров. Поэтому функция полимеразы непосредственно лежит в основе получения достаточного количества ДНК для последующего генотипирования и идентификационного анализа.