Polymerase egenskaber, struktur og funktioner

2213
Jonah Lester

Det polymeraser de er enzymer, hvis funktion er relateret til replikationsprocesserne og transkriptionen af ​​nukleinsyrer. Der er to grundlæggende typer af disse enzymer: DNA-polymerase og RNA-polymerase..

DNA-polymerase har ansvaret for at syntetisere den nye DNA-kæde under replikationsprocessen og tilføje 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 [Public domain]

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 tænke, at de første enzymer skal have haft polymeraseaktivitet, da et af de iboende krav til udvikling af liv er genomets replikationskapacitet..

Artikelindeks

  • 1 Molekylærbiologiens centrale dogme
  • 2 DNA-polymerase
    • 2.1 Funktioner
    • 2.2 Karakteristika og struktur
    • 2.3 Typer
    • 2.4 Ansøgninger
  • 3 RNA-polymerase
    • 3.1 Funktioner
    • 3.2 Karakteristika og struktur
  • 4 Forskelle mellem DNA og RNA polymerase
  • 5 Referencer

Molekylærbiologiens centrale dogme

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

Processen begynder med replikationen af ​​DNA-molekylet, hvor to kopier af det genereres på en semi-konservativ måde. Meddelelsen fra DNA'et transskriberes derefter til et RNA-molekyle, kaldet messenger RNA. Endelig oversættes messenger til proteiner af det ribosomale maskineri..

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

Det er værd at bemærke, at der er undtagelser fra den centrale dogme. Mange gener oversættes ikke 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. Arbejdet med enzymet skal være effektivt nok til at sikre opretholdelse af genetisk information og transmission til de næste generationer..

Hvis vi overvejer genomets størrelse, er det en ganske udfordrende opgave. For eksempel, hvis vi sætter os selv til opgave at transskribe et dokument på 100 sider på vores computer, ville vi helt sikkert have en fejl (eller flere, afhængigt af vores koncentration) for hver side.

Polymerase kan tilføje mere end 700 nukleotider hvert sekund, og det er kun forkert hver 10.9 eller 1010 inkorporerede nukleotider, et ekstraordinært antal.

Polymerasen skal have mekanismer, der gør det muligt at kopiere informationen om genomet nøjagtigt. Derfor er der forskellige polymeraser, der har evnen til at replikere og reparere DNA..

Karakteristika og struktur

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

En af de umiddelbare konsekvenser af denne egenskab er, at en af ​​kæderne kan syntetiseres uden nogen ulempe, men hvad med den streng, der skal syntetiseres i 3'-5'-forstand?

Denne kæde er syntetiseret i såkaldte Okazaki-fragmenter. Således syntetiseres små segmenter i den normale retning, 5'-3 ', som efterfølgende er forbundet med et enzym kaldet ligase.

Strukturelt har DNA-polymeraser 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 navngivet med romertal: I, II og III. I eukaryoter genkendes fem enzymer, der er navngivet med bogstaver i det græske alfabet, nemlig: α, β, γ, δ og ε.

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

Ansøgninger

En af de mest anvendte teknikker i molekylærbiologilaboratorier er PCR eller polymerasekædereaktion. Denne procedure udnytter DNA-polymerasens polymerisationskapacitet til at forstærke, ved flere størrelsesordener, et DNA-molekyle, som vi ønsker at undersøge..

Med andre ord, i slutningen af ​​proceduren vil vi have tusindvis af kopier af vores mål-DNA. Brugen af ​​PCR er meget varieret. 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. Det resulterende transkription er en kopi, der supplerer det DNA-segment, der blev brugt som en skabelon..

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

Det kan ikke handle alene, det har brug for proteiner kaldet transkriptionsfaktorer for at kunne udføre dets funktioner med succes..

Karakteristika og struktur

RNA-polymeraser er store enzymkomplekser. De er mere komplekse i den eukaryote slægt 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 i deres prokaryoter alle deres gener af en enkelt type polymerase..

Forskelle mellem DNA og RNA-polymerase

Selvom begge enzymer bruger DNA-annealing, adskiller de sig på tre vigtige måder. For det første kræver DNA-polymerase en først at starte replikering og forbinde nukleotider. EN først eller primer er et molekyle, der består af et par nukleotider, hvis sekvens er komplementær til et specifikt sted i DNA'et.

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

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 job med høj troskab. RNA-polymerase er modtagelig for flere fejl og introducerer et forkert nukleotid hver 10.4 nukleotider.

Referencer

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Væsentlig cellebiologi. Garland videnskab.
  2. Cann, I. K., & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikering: identificering af brikkerne til løsning af et puslespil. Genetik152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M. og Hausman, R. E. (2004). Cellen: Molekylær tilgang. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flere funktioner af DNA-polymeraser. Kritiske anmeldelser inden for plantevidenskab26(2), 105-122.
  5. Lewin, B. (1975). Genekspression. 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). Genetik: En konceptuel tilgang. Panamerican Medical Ed..
  8. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funktioner af eukaryote DNA-polymeraser. Videnskabens SAGE KE2003(8), 3.
  9. Steitz, T. A. (1999). DNA-polymeraser: strukturel mangfoldighed og fælles mekanismer. Journal of Biological Chemistry274(25), 17395-17398.
  10. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., & Wilson, S. H. (2013). Strukturel sammenligning af DNA-polymerasearkitektur antyder en nukleotid-gateway til det aktive polymerase-sted. Kemiske anmeldelser114(5), 2759-74.

Endnu ingen kommentarer