بوليميراز

في الكيمياء الحيوية ، البوليميراز هو إنزيم ( EC 2.7.7.6/7/19/48/49) يقوم بتخليق سلاسل طويلة من البوليمرات أو الأحماض النووية . يُستخدم بوليميراز الحمض النووي DNA وبوليميراز الحمض النووي RNA لتجميع جزيئات الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA ، على التوالي، عن طريق نسخ سلسلة قالب DNA باستخدام تفاعلات ازدواج القواعد أو تضاعف نصف السلم.

يستخدم بوليميراز الحمض النووي من البكتيريا المحبة للحرارة ، Thermus aquaticus ( Taq ) ( PDB 1BGX مؤرشف في 2007-07-04 في Wayback Machine ، EC 2.7.7.7)، في تفاعل البوليميراز المتسلسل ، وهي تقنية مهمة في البيولوجيا الجزيئية .

قد يكون إنزيم البوليميراز معتمدًا على القالب أو غير معتمد عليه. يُعد بوليميراز عديد الأدينين مثالًا على البوليميراز غير المعتمد على القالب. كما يُعرف أن إنزيم ناقل ديوكسي نيوكليوتيديل الطرفي يمتلك نشاطًا معتمدًا على القالب وآخر غير معتمد عليه.

حسب الوظيفة

أنواع البوليميراز المعتمد على القالب
	ينتج الحمض النووي	ينتج الحمض النووي الريبي (RNA)
القالب هو الحمض النووي	بوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي (DdDp) أو بوليميرازات الحمض النووي الشائعة	بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي (DdRp) أو بوليميرازات الحمض النووي الريبي الشائعة
القالب هو الحمض النووي الريبي (RNA)	بوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdDp) أو النسخ العكسي (RT)	بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdRp) أو إنزيم تضاعف الحمض النووي الريبي

بوليميراز الحمض النووي (بوليميراز الحمض النووي الموجه بالحمض النووي، DdDP)
- العائلة أ: بوليميريز الحمض النووي الأول ؛ بول γ , θ , ν
- العائلة ب: DNA بوليميريز II ؛ بول α , δ , ε , ζ
- العائلة ج: إنزيم بوليميراز الحمض النووي الثالث الكامل
- العائلة X: بوليميراز β ، λ ، μ
  - إنزيم ناقل النيوكليوتيد الطرفي (TDT)، الذي يضفي تنوعًا على السلاسل الثقيلة للأجسام المضادة. ^{[ 1 ]}
- العائلة Y: بوليميريز الحمض النووي IV (DinB) وبوليميريز الحمض النووي V (UmuD'2C) - بوليميريز إصلاح SOS ؛ بول η ، ι ، κ
إنزيم النسخ العكسي (RT؛ بوليميراز الحمض النووي الموجه بالحمض النووي الريبي؛ RdDP)
- التيلوميراز
بوليميراز الحمض النووي الريبي الموجه بالحمض النووي (DdRP، RNAP)
- متعدد الوحدات الفرعية (msDdRP): بوليميراز الحمض النووي الريبي الأول ، بوليميراز الحمض النووي الريبي الثاني ، بوليميراز الحمض النووي الريبي الثالث
- وحدة فرعية واحدة (ssDdRP): بوليميراز الحمض النووي الريبي T7 ، POLRMT
- بريماس ، بريمبول
إنزيم تضاعف الحمض النووي الريبي (بوليميراز الحمض النووي الريبي الموجه بالحمض النووي الريبي، RdRP)
- فيروسي (وحدة فرعية واحدة)
- إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (cRdRP؛ ثنائي الوحدة الفرعية)
استطالة الحمض النووي الريبي بدون قالب
- إضافة ذيل عديد الأدينين : PAP ، PNPase

حسب الهيكل

تُصنّف البوليميرازات عمومًا إلى عائلتين فائقتين: طية "اليد اليمنى" ( InterPro : IPR043502 ) وطية " برميل بيتا المزدوج " (أو ببساطة "البرميل المزدوج"). تُلاحظ الأولى في جميع بوليميرازات الحمض النووي تقريبًا، وفي جميع بوليميرازات الفيروسات أحادية الوحدة الفرعية تقريبًا؛ وتتميز بوجود نطاق "راحة اليد" محفوظ. ^[²^] أما الثانية فتُلاحظ في جميع بوليميرازات الحمض النووي الريبي متعددة الوحدات الفرعية، وفي cRdRP، وفي بوليميرازات الحمض النووي من "العائلة D" الموجودة في العتائق. ^[³^]^[⁴^] أما عائلة "X" التي يُمثلها بوليميراز الحمض النووي بيتا، فلها شكل "راحة اليد" غير واضح، وتُعتبر أحيانًا عائلة فائقة مختلفة ( InterPro : IPR043519 ). ^[⁵^]

لا تندرج البرايميزات عمومًا ضمن أي من الفئتين. تحتوي البرايميزات البكتيرية عادةً على نطاق Toprim، وهي مرتبطة بالتوبويزوميرازات والهليكاز الميتوكوندري twinkle . ^{[ 6 ]} تُشكل البرايميزات في العتائق وحقيقيات النوى عائلة AEP غير مرتبطة، وربما تكون مرتبطة ببوليميراز palm. ومع ذلك، ترتبط كلتا العائلتين بنفس مجموعة الهليكازات. ^{[ 7 ]}

البنية اليمنى للبكتيريا العاثية RB69، وهي عائلة B DdRP.

تعديل النشاط

قام العلماء بتعديل نشاط بوليميرازات الأحماض النووية بطرق عديدة، من التصميم العقلاني إلى التطور الموجه، لتحقيق تغييرات من خلال تعديلات تدريجية مثل زيادة السرعة/الدقة/الثبات الحراري أو تحولات كبيرة مثل تحويل أنواع القوالب والمنتجات.

أنواع الأحماض النووية

جميع إنزيمات النسخ العكسي الطبيعية المعروفة تطورت من سلفٍ يفتقر إلى القدرة على التدقيق، مما أدى إلى انخفاض دقة النسخ. في عام 2016، نجح العلماء في استخدام التطور الموجه لتعديل إنزيم بوليميراز الحمض النووي الموجه بالحمض النووي من نوع Thermococcus kodakarensis، والذي يتميز بقدرته على التدقيق ، إلى ما أطلقوا عليه اسم إنزيم النسخ العكسي زينوترانسكريبتاز (RTX). هذا الإنزيم الجديد قادر على النسخ من قوالب الحمض النووي الريبوزي (RNA) والحمض النووي (DNA) والتدقيق باستخدامها. ومن المتوقع أن يُحسّن دقة تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) وأنواع أخرى من تفاعل البوليميراز المتسلسل العكسي (RT-PCR). ^{[ 8 ]} وقد تم تسويقه تجاريًا قبل أبريل 2018. ^{[ 9 ]}

في عام 2022، حوّلت الطفرات الانتقائية بوليميراز الحمض النووي Kod إلى بوليميراز يُنتج حمض نووي α-l-ثريوفورانوزيل أو حمض نووي ثريوز (TNA). ^{[ 10 ]} وقد تحسّنت هذه النتيجة في عامي 2024 و2025 باستخدام التطور الموجّه المُسرّع بالتهجين المتماثل، مما أسفر عن إنتاج العديد من الإنزيمات بسرعة ودقة شبه طبيعية. ^{[ 11 ]}

في عام 2025، استخدم العلماء التطور الموجه، المُسرَّع بواسطة إعادة التركيب المتماثل، لتحويل بوليميراز الحمض النووي إلى بوليميراز الحمض النووي الريبي. يتميز هذا البوليميراز بقدرته على إجراء عملية النسخ بسرعة (3 نيوكليوتيدات/ثانية) وبدقة عالية (>99%). كما أنه بوليميراز "عالمي" إلى حد ما، إذ أنه قادر أيضًا على إنتاج الحمض النووي الموجه بالحمض النووي الريبي (النسخ العكسي) وتضخيم الحمض النووي الهجين (DNA-RNA). ^{[ 12 ]}

انظر أيضاً

مراجع

↑ لوك جيه، روزاريو إس، ديلارو إم (سبتمبر 2016). "الأساس البنيوي لنشاط قالبي جديد بواسطة ناقل ديوكسي نيوكليوتيديل الطرفي: الآثار المترتبة على إعادة تركيب V(D)J" . ستراكشر . 24 (9): 1452-1463 . doi : 10.1016/j.str.2016.06.014 . PMID 27499438 .
↑ هانسن جيه إل، لونغ إيه إم، شولتز إس سي (أغسطس 1997). "بنية بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي لفيروس شلل الأطفال" . ستراكشر . 5 (8): 1109-22 . doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . PMID 9309225 .
↑ كريمر، ب. (فبراير 2002). "بوليميرازات الحمض النووي الريبي متعددة الوحدات الفرعية". الرأي الحالي في البيولوجيا التركيبية . 12 (1): 89-97 . doi : 10.1016/S0959-440X(02)00294-4 . PMID 11839495 .
↑ سوغيه، ل. (سبتمبر 2019). "عائلة البوليميرازات "ثنائية البرميل" الموسعة: التركيب والوظيفة والتطور" . مجلة البيولوجيا الجزيئية . 431 (20): 4167-4183 . doi : 10.1016/j.jmb.2019.05.017 . PMID 31103775 .
↑ سالغادو، ب. س.، كويفونين، م. ر.، ماكييف، إ. ف.، بامفورد، د. هـ.، ستيوارت، د. إ.، غرايمز، ج. م. (ديسمبر 2006). "بنية بوليميراز RNAi تربط بين إسكات الحمض النووي الريبوزي والنسخ" . مجلة PLOS Biology . 4 (12): e434. doi : 10.1371 /journal.pbio.0040434 . PMC 1750930. PMID 17147473 .
↑ أرافيند إل، لايبي دي دي، كونين إي في (سبتمبر 1998). "توبريم - نطاق تحفيزي محفوظ في توبويزوميرازات النوع IA وII، وبرايميزات من نوع DnaG، ونوكليازات عائلة OLD، وبروتينات RecR" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 26 (18): 4205-13 . doi : 10.1093/nar/26.18.4205 . PMC 147817. PMID 9722641 .
↑ إيير إل إم، كونين إي في، لايبي دي دي، أرافيند إل (2005). "أصل وتطور عائلة برايميز العتائقية حقيقية النواة والبروتينات ذات الصلة ذات نطاق راحة اليد: رؤى هيكلية وأعضاء جدد" . أبحاث الأحماض النووية . 33 (12): 3875-96 . doi : 10.1093/nar/ gki702 . PMC 1176014. PMID 16027112 .
↑ إليفسون، جيه دبليو؛ غوليهار، جيه؛ شروف، آر؛ شيفرام، إتش؛ آير، في آر؛ إلينغتون، إيه دي (24 يونيو 2016). "الأصل التطوري الاصطناعي لإنزيم النسخ العكسي المدقق". مجلة ساينس . 352 (6293): 1590-1593 . رمز Bibcode : 2016Sci...352.1590E . doi : 10.1126/science.aaf5409 . PMID 27339990 .
^ "WarmStart® RTx Reverse Transcriptase" . www.neb.com .
↑ نيكومانزار، أ؛ فاليخو، د؛ ييك، إي جيه؛ شابوت، جيه سي (17 يوليو 2020). "الطفرات الأليلية المبرمجة لبوليميراز الحمض النووي بدقة حمض أميني واحد". مجلة ACS للبيولوجيا التركيبية . 9 (7): 1873-1881 . doi : 10.1021/acssynbio.0c00236 . PMID 32531152 .
↑ حجار، محمد؛ ماولا، فيكتوريا أ؛ لي، جوي ج. هولغوين، مانويل J.؛ كويجانو، رايلي ن.؛ نجوين، كالفين ك.؛ هو، كاثرين L.؛ المدينة المنورة، جيني V.؛ بوتيلو كورنيجو، إليونيل؛ باربوزاري، بهاونا؛ شيم نيكولاس. شابوت ، جون سي. (19 ديسمبر 2025). "التطور الموجه لبوليميراز TNA يحدد مسارات مستقلة للإخلاص والحفز" . اتصالات الطبيعة . 17 (1) 925. دوى : 10.1038 / s41467-025-67652-1 . بمك 12830623 . بميد 41413390 .
↑ ميدينا، إي إل؛ ماولا، في إيه؛ حجار، إم؛ كو، جي كي؛ هو، إي جيه؛ هورتون، إيه آر؛ شيم، إن؛ شابوت، جي سي (7 يناير 2026). "التطور السريع لبوليميراز الحمض النووي الريبي عالي الكفاءة عن طريق إعادة التركيب المتماثل". مجلة نيتشر للكيمياء الحيوية . doi : 10.1038/s41589-025-02124-7 . PMID 41501182 .

روابط خارجية

[1] لوك جيه، روزاريو إس، ديلارو إم (سبتمبر 2016). "الأساس البنيوي لنشاط قالبي جديد بواسطة ناقل ديوكسي نيوكليوتيديل الطرفي: الآثار المترتبة على إعادة تركيب V(D)J" . ستراكشر . 24 (9): 1452-1463 . doi : 10.1016/j.str.2016.06.014 . PMID 27499438 .

[pmid9309225-2] هانسن جيه إل، لونغ إيه إم، شولتز إس سي (أغسطس 1997). "بنية بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي لفيروس شلل الأطفال" . ستراكشر . 5 (8): 1109-22 . doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . PMID 9309225 .

[pmid11839495-3] كريمر، ب. (فبراير 2002). "بوليميرازات الحمض النووي الريبي متعددة الوحدات الفرعية". الرأي الحالي في البيولوجيا التركيبية . 12 (1): 89-97 . doi : 10.1016/S0959-440X(02)00294-4 . PMID 11839495 .

[qde1-mono-4] سوغيه، ل. (سبتمبر 2019). "عائلة البوليميرازات "ثنائية البرميل" الموسعة: التركيب والوظيفة والتطور" . مجلة البيولوجيا الجزيئية . 431 (20): 4167-4183 . doi : 10.1016/j.jmb.2019.05.017 . PMID 31103775 .

[5] سالغادو، ب. س.، كويفونين، م. ر.، ماكييف، إ. ف.، بامفورد، د. هـ.، ستيوارت، د. إ.، غرايمز، ج. م. (ديسمبر 2006). "بنية بوليميراز RNAi تربط بين إسكات الحمض النووي الريبوزي والنسخ" . مجلة PLOS Biology . 4 (12): e434. doi : 10.1371 /journal.pbio.0040434 . PMC 1750930. PMID 17147473 .

[6] أرافيند إل، لايبي دي دي، كونين إي في (سبتمبر 1998). "توبريم - نطاق تحفيزي محفوظ في توبويزوميرازات النوع IA وII، وبرايميزات من نوع DnaG، ونوكليازات عائلة OLD، وبروتينات RecR" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 26 (18): 4205-13 . doi : 10.1093/nar/26.18.4205 . PMC 147817. PMID 9722641 .

[7] إيير إل إم، كونين إي في، لايبي دي دي، أرافيند إل (2005). "أصل وتطور عائلة برايميز العتائقية حقيقية النواة والبروتينات ذات الصلة ذات نطاق راحة اليد: رؤى هيكلية وأعضاء جدد" . أبحاث الأحماض النووية . 33 (12): 3875-96 . doi : 10.1093/nar/ gki702 . PMC 1176014. PMID 16027112 .

[8] إليفسون، جيه دبليو؛ غوليهار، جيه؛ شروف، آر؛ شيفرام، إتش؛ آير، في آر؛ إلينغتون، إيه دي (24 يونيو 2016). "الأصل التطوري الاصطناعي لإنزيم النسخ العكسي المدقق". مجلة ساينس . 352 (6293): 1590-1593 . رمز Bibcode : 2016Sci...352.1590E . doi : 10.1126/science.aaf5409 . PMID 27339990 .

[9] "WarmStart® RTx Reverse Transcriptase" . www.neb.com .

[10] نيكومانزار، أ؛ فاليخو، د؛ ييك، إي جيه؛ شابوت، جيه سي (17 يوليو 2020). "الطفرات الأليلية المبرمجة لبوليميراز الحمض النووي بدقة حمض أميني واحد". مجلة ACS للبيولوجيا التركيبية . 9 (7): 1873-1881 . doi : 10.1021/acssynbio.0c00236 . PMID 32531152 .

[11] حجار، محمد؛ ماولا، فيكتوريا أ؛ لي، جوي ج. هولغوين، مانويل J.؛ كويجانو، رايلي ن.؛ نجوين، كالفين ك.؛ هو، كاثرين L.؛ المدينة المنورة، جيني V.؛ بوتيلو كورنيجو، إليونيل؛ باربوزاري، بهاونا؛ شيم نيكولاس. شابوت ، جون سي. (19 ديسمبر 2025). "التطور الموجه لبوليميراز TNA يحدد مسارات مستقلة للإخلاص والحفز" . اتصالات الطبيعة . 17 (1) 925. دوى : 10.1038 / s41467-025-67652-1 . بمك 12830623 . بميد 41413390 .

[12] ميدينا، إي إل؛ ماولا، في إيه؛ حجار، إم؛ كو، جي كي؛ هو، إي جيه؛ هورتون، إيه آر؛ شيم، إن؛ شابوت، جي سي (7 يناير 2026). "التطور السريع لبوليميراز الحمض النووي الريبي عالي الكفاءة عن طريق إعادة التركيب المتماثل". مجلة نيتشر للكيمياء الحيوية . doi : 10.1038/s41589-025-02124-7 . PMID 41501182 .

[ 1 ]

[

[

[

[

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]