Polynucleotid-5′-Hydroxylkinasen

Polynucleotid-5'-Hydroxylkinasen (EC 2.7.1.78), oft nur als Polynukleotidkinasen (PNK) bezeichnet, sind Enzyme, die den Transfer einer Phosphatgruppe von dem Donor ATP auf das 5’-Hydroxylende eines Polynukleotids übertragen. Wie alle Kinasen sind sie daher Phosphotransferasen. Sie katalysieren die Reaktion:

ATP und 5’-Dephospho-DNA sind die Substrate während ADP und 5‘-Phospho-DNA die Produkte der Reaktion sind. Polynukleotidkinasen katalysieren also den Transfer eines gamma-Phosphates vom ATP zum freien Hydroxylende einer DNA oder einer RNA. Polynukleotidkinasen werden von Bakteriophagen (wie dem T4-Phagen) codiert. Die Reinigung und Charakterisierung gelang zuerst 1965 bei der Untersuchung von Extrakten des Bakteriums Escherichia coli, das zuvor mit T4-Phagen infiziert wurde.

Beispiele

Die T4-Polynukleotidkinase ist ein wichtiges Enzym in der Molekularbiologie, da es das Markieren von Nukleinsäuren an deren 5‘-Ende (engl. end labeling) und hier insbesondere von Oligonukleotiden erlaubt. Vor der Etablierung nicht-radioaktiver Methoden waren mit PNK markierte DNA-Moleküle u. a. Substrate für die Sequenzierung nach Maxam & Gilbert. Auch die Ligation synthetischer DNA setzt ein 5‘-Phosphat voraus. Da die Reaktion reversibel ist, kann bei der Markierungsreaktion in einer Austauschreaktion auch 5‘-Phospho-DNA eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Reaktion mit einem Überschuss an γ-³²P-ATP und ADP durchgeführt. Eine menschliche Polynukleotidkinase wurde 1999 entdeckt. Das Protein, Polynucleotidkinase-3'-Phosphatase, ein bifunktionelles Protein das neben der 5'-Kinaseaktivität eine 3'-Phosphataseaktivität aufweist, spielt eine Rolle bei der DNA-Reparatur.

Einzelnachweise

1. C. C. Richardson: Phosphorylation of nucleic acid by an enzyme from T4 bacteriophage-infected Escherichia coli. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 54, Nummer 1, Juli 1965, S. 158–165, PMID 5323016, PMC 285814 (freier Volltext).
2. A. Novogrodsky, J. Hurwitz: The enzymatic phosphorylation of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid. I. Phosphorylation at 5'-hydroxyl termini. In: The Journal of biological chemistry. Band 241, Nummer 12, Juni 1966, S. 2923–2932, PMID 4287929.
3. A. Novogrodsky, M. Tal, A. Traub, J. Hurwitz: The enzymatic phosphorylation of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid. II. Further properties of the 5'-hydroxyl polynucleotide kinase. In: The Journal of biological chemistry. Band 241, Nummer 12, Juni 1966, S. 2933–2943, PMID 4287930.
4. A. M. Maxam, W. Gilbert: Sequencing end-labeled DNA with base-specific chemical cleavages. In: Methods in enzymology. Band 65, Nummer 1, 1980, S. 499–560, PMID 6246368.
5. A. Jilani, D. Ramotar, C. Slack, C. Ong, X. M. Yang, S. W. Scherer, D. D. Lasko: Molecular cloning of the human gene, PNKP, encoding a polynucleotide kinase 3'-phosphatase and evidence for its role in repair of DNA strand breaks caused by oxidative damage. In: The Journal of biological chemistry. Band 274, Nummer 34, August 1999, S. 24176–24186, PMID 10446192.