POLYMERASE: EGENSKABER, STRUKTUR OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De polymeraser er enzymer, hvis funktion er relateret til de processer af replikation og transkription af nukleinsyrer. Der er to hovedtyper af disse enzymer: DNA-polymerase og RNA-polymerase.

DNA-polymerase er ansvarlig for syntese af den nye DNA-kæde under replikationsprocessen og tilføjelse af nye nukleotider. De er store, komplekse enzymer og adskiller sig i struktur afhængigt af om de findes i en eukaryot eller en prokaryot organisme.

Taq-polymerase: det enzym, der anvendes i PCR.

Kilde: Lijealso

Tilsvarende virker RNA-polymerase under DNA-transkription og syntetiserer RNA-molekylet. Ligesom DNA-polymerase findes den i både eukaryoter og prokaryoter, og dens struktur og kompleksitet varierer afhængigt af gruppen.

Fra et evolutionært perspektiv er det plausibelt at tro, at de første enzymer skal have haft polymeraseaktivitet, da et af de iboende krav til livsudvikling er genomets replikationskapacitet.

Det centrale dogme i molekylærbiologi

Den såkaldte "dogme" i molekylærbiologi beskriver dannelsen af ​​proteiner fra gener, der er krypteret i DNA i tre trin: replikation, transkription og translation.

Processen begynder med replikation af DNA-molekylet, hvor to kopier af det genereres på en semikonservativ måde. Meddelelsen fra DNA'et transkriberes derefter til et RNA-molekyle, kaldet messenger RNA. Endelig oversættes messenger til proteiner af ribosomale maskiner.

I denne artikel vil vi undersøge to vigtige enzymer involveret i de første to nævnte processer.

Det er værd at bemærke, at der er undtagelser fra den centrale dogme. Mange gener er ikke oversat til proteiner, og i nogle tilfælde er informationsstrømmen fra RNA til DNA (som i retrovira).

DNA-polymerase

Funktioner

DNA-polymerase er det enzym, der er ansvarlig for den nøjagtige replikation af genomet. Enzymets arbejde skal være effektivt nok til at sikre, at genetisk information opretholdes og overføres til de næste generationer.

Hvis vi overvejer størrelsen på genomet, er det en ganske udfordrende opgave. For eksempel, hvis vi sætter os selv til opgaven at transkribere et 100-siders dokument på vores computer, ville vi helt sikkert have en fejl (eller mere, afhængigt af vores koncentration) for hver side.

Polymerasen kan tilføje mere end 700 nukleotider hvert sekund, og det er kun forkert hver 10 ⁹ eller 10 ¹⁰ inkorporerede nukleotider, et ekstraordinært antal.

Polymerasen skal have mekanismer, der tillader, at informationen om genomet kopieres nøjagtigt. Derfor er der forskellige polymeraser, der har evnen til at replikere og reparere DNA.

Egenskaber og struktur

DNA-polymerase er et enzym, der fungerer i 5'-3'-retningen og fungerer ved at tilføje nukleotider til terminalenden med den frie -OH-gruppe.

En af de øjeblikkelige konsekvenser af denne funktion er, at en af ​​strengene kan syntetiseres uden nogen ulemper, men hvad med den streng, der skal syntetiseres i 3'-5 'retning?

Denne kæde syntetiseres i såkaldte Okazaki-fragmenter. Således syntetiseres små segmenter i normal retning, 5'-3 ', som efterfølgende forbindes med et enzym kaldet ligase.

Strukturelt har DNA-polymeraser i fælles to aktive steder, der har metalioner. I dem finder vi aspartat og andre aminosyrerester, der koordinerer metaller.

typer

Traditionelt er der i prokaryoter identificeret tre typer polymeraser, der er benævnt med romertal: I, II og III. I eukaryoter genkendes fem enzymer og navngives med bogstaver i det græske alfabet, nemlig: α, β, γ, δ og ε.

De seneste undersøgelser har identificeret fem typer DNA i Escherichia coli, 8 i gæren Saccharomyces cerevisiae og mere end 15 hos mennesker. I plantelinjen er enzymet mindre undersøgt. Imidlertid er ca. 12 enzymer beskrevet i modelorganismen Arabidopsis thaliana.

Applikationer

En af de mest anvendte teknikker i molekylærbiologilaboratorier er PCR- eller polymerasekædereaktion. Denne procedure drager fordel af polymerisationskapaciteten af ​​DNA-polymerase til at amplificere ved flere størrelsesordener et DNA-molekyle, som vi ønsker at undersøge.

Med andre ord, efter afslutningen af ​​proceduren vil vi have tusinder af kopier af vores mål-DNA.Anvendelserne af PCR er meget forskellige. Det kan anvendes til videnskabelig forskning, til diagnose af nogle sygdomme eller endda i økologi.

RNA-polymerase

Funktioner

RNA-polymerase er ansvarlig for at generere et RNA-molekyle startende fra en DNA-skabelon. Den resulterende transkription er en kopi, der supplerer det DNA-segment, der blev brugt som en skabelon.

Messenger RNA er ansvarlig for at transportere information til ribosomet for at generere et protein. De deltager også i syntesen af ​​de andre typer RNA.

Dette kan ikke fungere alene, det har brug for proteiner, der kaldes transkriptionsfaktorer for at kunne udføre dens funktioner med succes.

Egenskaber og struktur

RNA-polymeraser er store enzymkomplekser. De er mere komplekse i den eukaryotiske afstamning end i den prokaryote.

I eukaryoter er der tre typer polymeraser: Pol I, II og III, som er det centrale maskineri til syntese af henholdsvis ribosomal, messenger og transfer-RNA. I modsætning hertil behandles alle deres gener i prokaryoter med en enkelt type polymerase.

Forskelle mellem DNA og RNA-polymerase

Selvom begge enzymer bruger DNA-annealing, er de forskellige på tre nøglemåder. Først kræver DNA-polymerase en primer til at initiere replikation og forbinde nukleotider. En primer eller en primer er et molekyle, der består af et par nukleotider, hvis sekvenser er komplementære til et specifikt sted i DNA.

Primeren giver en fri –OH til polymerasen for at starte sin katalytiske proces. I modsætning hertil kan RNA-polymeraser starte deres arbejde uden behov for en grunning.

For det andet har DNA-polymerase flere bindingsregioner på DNA-molekylet. RNA-polymerase kan kun binde til promotorsekvenser af gener.

Endelig er DNA-polymerase et enzym, der gør sit arbejde med stor troværdighed. RNA-polymerase er modtagelig for flere fejl og introducerer et forkert nukleotid hver ¹⁰⁴ nukleotid.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikation: identificering af brikkerne for at løse et puslespil. Genetik, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilgang. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funktioner af DNA-polymeraser. Kritiske anmeldelser inden for plantevidenskab, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Genudtryk. UMI Books on Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetik: En konceptuel tilgang. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funktioner af eukaryote DNA-polymeraser. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraser: strukturel mangfoldighed og fælles mekanismer. Journal of Biologisk Kemi, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturel sammenligning af DNA-polymerasearkitektur antyder en nukleotidport til det aktive polymerase. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.