Polymerase egenskaper, struktur og funksjoner

4939
Simon Doyle

De polymeraser de er enzymer hvis funksjon er relatert til replikasjonsprosesser og transkripsjon av nukleinsyrer. Det er to grunnleggende typer av disse enzymene: DNA-polymerase og RNA-polymerase..

DNA-polymerase har ansvaret for å syntetisere den nye DNA-kjeden under replikasjonsprosessen, og tilfører nye nukleotider. De er store, komplekse enzymer, og avviker i struktur, avhengig av om de finnes i en eukaryot eller en prokaryot organisme..

Taq polymerase: enzymet som brukes i PCR.
Kilde: Lijealso [Public domain]

Tilsvarende virker RNA-polymerase under DNA-transkripsjon og syntetiserer RNA-molekylet. I likhet med DNA-polymerase finnes den i både eukaryoter og prokaryoter, og dens struktur og kompleksitet varierer avhengig av gruppen..

Fra et evolusjonært perspektiv er det sannsynlig å tenke at de første enzymene må ha hatt polymeraseaktivitet, siden et av de iboende kravene til utvikling av liv er replikasjonskapasiteten til genomet..

Artikkelindeks

  • 1 Det sentrale dogmet i molekylærbiologi
  • 2 DNA-polymerase
    • 2.1 Funksjoner
    • 2.2 Kjennetegn og struktur
    • 2.3 Typer
    • 2.4 Søknader
  • 3 RNA-polymerase
    • 3.1 Funksjoner
    • 3.2 Kjennetegn og struktur
  • 4 Forskjeller mellom DNA og RNA polymerase
  • 5 Referanser

Den sentrale dogmen i molekylærbiologi

Den såkalte "dogmen" fra molekylærbiologien beskriver dannelsen av proteiner fra gener kryptert i DNA i tre trinn: replikasjon, transkripsjon og translasjon..

Prosessen begynner med replikering av DNA-molekylet, hvor to kopier av det genereres på en semi-konservativ måte. Meldingen fra DNA blir deretter transkribert til et RNA-molekyl, kalt messenger RNA. Til slutt blir messenger oversatt til proteiner av det ribosomale maskineriet..

I denne artikkelen vil vi utforske to viktige enzymer involvert i de to første nevnte prosessene..

Det er verdt å merke seg at det er unntak fra det sentrale dogmet. Mange gener blir ikke oversatt til proteiner, og i noen tilfeller er informasjonsflyten fra RNA til DNA (som i retrovirus).

DNA-polymerase

Funksjoner

DNA-polymerase er enzymet som er ansvarlig for den eksakte replikasjonen av genomet. Arbeidet med enzymet må være effektivt nok til å sikre opprettholdelse av genetisk informasjon og overføring til neste generasjoner..

Hvis vi vurderer størrelsen på genomet, er det en ganske utfordrende oppgave. For eksempel, hvis vi setter oss i oppgave å transkribere et dokument på 100 sider på datamaskinen vår, ville vi helt sikkert ha en feil (eller flere, avhengig av konsentrasjonen) for hver side.

Polymerase kan tilsette mer enn 700 nukleotider hvert sekund, og det er bare feil hver 10.9 eller 1010 innlemmet nukleotider, et ekstraordinært antall.

Polymerasen må ha mekanismer som gjør at informasjonen om genomet kan kopieres nøyaktig. Derfor er det forskjellige polymeraser som har evnen til å replikere og reparere DNA..

Kjennetegn og struktur

DNA-polymerase i et enzym som fungerer i 5'-3'-retningen, og fungerer ved å tilsette nukleotider til den terminale enden med den frie -OH-gruppen.

En av de umiddelbare konsekvensene av denne karakteristikken er at en av kjedene kan syntetiseres uten ulempe, men hva med strengen som trenger å syntetiseres i 3'-5'-forstand?

Denne kjeden er syntetisert i det som er kjent som Okazaki-fragmenter. Således syntetiseres små segmenter i normal retning, 5'-3 ', som deretter blir forbundet med et enzym kalt ligase.

Strukturelt har DNA-polymeraser felles to aktive steder som har metallioner. I dem finner vi aspartat og andre aminosyrerester som koordinerer metaller.

Typer

Tradisjonelt har det i prokaryoter blitt identifisert tre typer polymeraser som er navngitt med romertall: I, II og III. I eukaryoter gjenkjennes fem enzymer som er navngitt med bokstaver i det greske alfabetet, nemlig: α, β, γ, δ og ε.

Den siste forskningen har identifisert fem typer DNA i Escherichia coli, 8 i gjæren Saccharomyces cerevisiae og mer enn 15 hos mennesker. I plantestammen har enzymet blitt mindre studert. Imidlertid i modellorganismen Arabidopsis thaliana noen 12 enzymer er beskrevet.

applikasjoner

En av de mest brukte teknikkene i molekylærbiologilaboratorier er PCR eller polymerasekjedereaksjon. Denne prosedyren utnytter polymerisasjonskapasiteten til DNA-polymerase for å amplifisere, i flere størrelsesordener, et DNA-molekyl som vi ønsker å studere..

Med andre ord, på slutten av prosedyren vil vi ha tusenvis av eksemplarer av vårt mål-DNA. Bruken av PCR er veldig variert. Det kan brukes på vitenskapelig forskning, til diagnose av noen sykdommer eller til og med i økologi.

RNA-polymerase

Funksjoner

RNA-polymerase er ansvarlig for å generere et RNA-molekyl med utgangspunkt i en DNA-mal. Den resulterende transkripsjonen er en kopi som utfyller DNA-segmentet som ble brukt som mal..

Messenger RNA er ansvarlig for å føre informasjon til ribosomet, for å generere et protein. De deltar også i syntesen av de andre typene RNA.

Den kan ikke handle alene, den trenger proteiner som kalles transkripsjonsfaktorer for å kunne utføre sine funksjoner med suksess..

Kjennetegn og struktur

RNA-polymeraser er store enzymkomplekser. De er mer komplekse i den eukaryote avstamningen enn i den prokaryote.

I eukaryoter er det tre typer polymeraser: Pol I, II og III, som er det sentrale maskineriet for syntese av henholdsvis ribosomal, messenger og transfer RNA. I kontrast, i prokaryoter blir alle deres gener behandlet av en enkelt type polymerase..

Forskjeller mellom DNA og RNA polymerase

Selv om begge enzymer bruker DNA-annealing, skiller de seg på tre viktige måter. For det første krever DNA-polymerase a først å initiere replikering og koble nukleotider. EN først eller primer er et molekyl som består av noen få nukleotider, hvis sekvens er komplementær til et spesifikt sted i DNA.

Primeren gir en fri -OH til polymerasen for å starte den katalytiske prosessen. I motsetning til dette kan RNA-polymeraser starte sitt arbeid uten behov for a først.

For det andre har DNA-polymerase flere bindingsregioner på DNA-molekylet. RNA-polymerase kan bare binde seg til promotorsekvenser av gener.

Til slutt er DNA-polymerase et enzym som gjør jobben sin med høy troskap. RNA-polymerase er utsatt for flere feil, og introduserer feil nukleotid hver 10.4 nukleotider.

Referanser

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Essensiell cellebiologi. Garland vitenskap.
  2. Cann, I. K., og Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikering: identifisere brikkene for å løse et puslespill. Genetikk152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M. og Hausman, R. E. (2004). Cellen: Molekylær tilnærming. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funksjoner av DNA-polymeraser. Kritiske anmeldelser i plantevitenskap26(2), 105-122.
  5. Lewin, B. (1975). Genuttrykk. UMI Books on Demand.
  6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
  7. Pierce, B. A. (2009). Genetikk: En konseptuell tilnærming. Panamerican Medical Ed..
  8. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funksjoner av eukaryote DNA-polymeraser. Vitenskapens SAGE KE2003(8), 3.
  9. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymeraser: strukturelt mangfold og vanlige mekanismer. Tidsskrift for biologisk kjemi274(25), 17395-17398.
  10. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., & Wilson, S. H. (2013). Strukturell sammenligning av DNA-polymerasearkitektur antyder en nukleotidport til det aktive polymerase-stedet. Kjemiske vurderinger114(5), 2759-74.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.