POLYMERAASI: OMINAISUUDET, RAKENNE JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Polymeraasit ovat entsyymejä, joiden tehtävänä on prosesseihin liittyvät replikaation ja transkription nukleiinihappojen. Näitä entsyymejä on kahta päätyyppiä: DNA-polymeraasi ja RNA-polymeraasi.

DNA-polymeraasi vastaa uuden DNA-ketjun syntetisoimisesta replikaatioprosessin aikana lisäämällä uusia nukleotideja. Ne ovat suuria, monimutkaisia ​​entsyymejä ja eroavat rakenteeltaan riippuen siitä, löytyvätkö ne eukaryootista vai prokaryoottisesta organismista.

Taq-polymeraasi: entsyymi, jota käytetään PCR: ssä.

Lähde: Lijealso

Samoin RNA-polymeraasi toimii DNA-transkription aikana syntetisoimalla RNA-molekyyli. Kuten DNA-polymeraasi, sitä löytyy sekä eukaryooteista että prokaryooteista, ja sen rakenne ja monimutkaisuus vaihtelevat ryhmästä riippuen.

Evoluution näkökulmasta on uskottavaa ajatella, että ensimmäisillä entsyymeillä on pitänyt olla polymeraasiaktiivisuutta, koska yksi elämän kehityksen luontaisista vaatimuksista on genomin replikaatiokyky.

Molekyylibiologian keskeinen dogma

Niin kutsuttu molekyylibiologian "dogma" kuvaa proteiinien muodostumisen geeneistä, jotka on salattu DNA: han, kolmessa vaiheessa: replikaatio, transkriptio ja translaatio.

Prosessi alkaa DNA-molekyylin replikaatiolla, jolloin siitä muodostetaan kaksi kopiota puolikonservatiivisella tavalla. Sen jälkeen DNA: n viesti transkriptoidaan RNA-molekyyliin, jota kutsutaan lähetti-RNA: ksi. Viimeinkin, lähettiläs muunnetaan proteiineiksi ribosomaalisten koneiden avulla.

Tässä artikkelissa tarkastelemme kahta ensisijaista entsyymiä, jotka ovat mukana kahdessa mainitussa prosessissa.

On syytä huomata, että keskeiseen dogmaan on poikkeuksia. Monia geenejä ei siirretä proteiineiksi, ja joissain tapauksissa tiedonkulku tapahtuu RNA: sta DNA: han (kuten retroviruksissa).

DNA-polymeraasi

ominaisuudet

DNA-polymeraasi on entsyymi, joka vastaa genomin tarkasta replikaatiosta. Entsyymin työn on oltava riittävän tehokasta geneettisen tiedon ylläpitämisen ja sen siirtämisen seuraaville sukupolville varmistamiseksi.

Jos otetaan huomioon genomin koko, se on melko haastava tehtävä. Esimerkiksi, jos asetamme itsellemme tehtäväksi kirjoittaa 100 sivun asiakirja tietokoneellemme, meillä olisi varmasti yksi virhe (tai enemmän keskittymästämme riippuen) jokaiselle sivulle.

Polymeraasi voi lisätä yli 700 nukleotidia sekunnissa, ja se on väärin vain jokaisen 10 ⁹ tai 10 ¹⁰ sisällytetyn nukleotidin joukosta, mikä on poikkeuksellinen luku.

Polymeraasissa on oltava mekanismeja, joiden avulla genomitiedot voidaan kopioida tarkasti. Siksi on olemassa erilaisia ​​polymeraaseja, joilla on kyky replikoida ja korjata DNA.

Ominaisuudet ja rakenne

DNA-polymeraasi on entsyymi, joka toimii 5'-3'-suunnassa ja toimii lisäämällä nukleotideja terminaaliseen päähän vapaan -OH-ryhmän kanssa.

Yksi tämän ominaisuuden välittömistä seurauksista on, että yksi ketjuista voidaan syntetisoida ilman mitään haittoja, mutta entä säikeestä, joka on syntetisoitava 3'-5 '-suuntaan?

Tämä ketju syntetisoidaan niin kutsuttuihin Okazaki-fragmentteihin. Täten pienet segmentit syntetisoidaan normaaliin suuntaan, 5'-3 ', jotka liitetään myöhemmin entsyymin kanssa, jota kutsutaan ligaasiksi.

DNA-polymeraaseilla on rakenteellisesti kaksi aktiivista kohtaa, joissa on metalli-ioneja. Niistä löytyy aspartaatti- ja muita aminohappotähteitä, jotka koordinoivat metalleja.

Tyypit

Perinteisesti prokaryooteissa on tunnistettu kolme tyyppiä polymeraaseja, ja ne on nimetty roomalaisilla numeroilla: I, II ja III. Eukaryooteissa tunnistetaan viisi entsyymiä, jotka nimetään kreikkalaisen aakkosten kirjaimilla, nimittäin: α, β, γ, δ ja ε.

Viimeisimmissä tutkimuksissa on löydetty viisi DNA-tyyppiä Escherichia colissa, kahdeksan Saccharomyces cerevisiae -hiivassa ja yli 15 ihmisessä. Kasvilinjoissa entsyymiä on tutkittu vähemmän. Arabidopsis thaliana-malli-organismissa on kuitenkin kuvattu noin 12 entsyymiä.

Sovellukset

Yksi käytetyimmistä tekniikoista molekyylibiologian laboratorioissa on PCR tai polymeraasiketjureaktio. Tämä menetelmä hyödyntää DNA-polymeraasin polymerointikykyä monistaakseen useilla suuruusluokilla DNA-molekyylin, jota haluamme tutkia.

Toisin sanoen, menettelyn lopussa meillä on tuhansia kopioita kohde-DNA: stamme. PCR: n käyttö on hyvin monipuolista. Sitä voidaan soveltaa tieteelliseen tutkimukseen, joidenkin sairauksien diagnosointiin tai jopa ekologiaan.

RNA-polymeraasi

ominaisuudet

RNA-polymeraasi on vastuussa RNA-molekyylin tuottamisesta lähtien DNA-templaatista. Tuloksena oleva kopio on kopio, joka täydentää templaattina käytettyä DNA-segmenttiä.

Messenger RNA on vastuussa tiedon kuljettamisesta ribosomiin proteiinin tuottamiseksi. Ne osallistuvat myös muun tyyppisten RNA: n synteesiin.

Tämä ei voi toimia yksin, se tarvitsee proteiineja, joita kutsutaan transkriptiotekijöiksi voidakseen suorittaa toiminnot menestyksekkäästi.

Ominaisuudet ja rakenne

RNA-polymeraasit ovat suuria entsyymikomplekseja. Ne ovat monimutkaisempia eukaryoottisissa linjoissa kuin prokaryooteissa.

Eukaryooteissa on kolme tyyppiä polymeraaseja: Pol I, II ja III, jotka ovat vastaavasti ribosomaalisen, messengerin ja siirto-RNA: n synteesin keskeisiä koneita. Sitä vastoin prokaryooteissa kaikki heidän geenit prosessoidaan yhden tyyppisellä polymeraasilla.

Erot DNA: n ja RNA-polymeraasin välillä

Vaikka molemmat entsyymit käyttävät DNA: n hehkutusta, ne eroavat kolmella avaintavalla. Ensinnäkin DNA-polymeraasi vaatii alukkeen replikaation aloittamiseksi ja nukleotidien yhdistämiseksi. Aluke tai aluke on molekyyli, joka koostuu muutamasta nukleotidistä, joiden sekvenssit ovat komplementaarisia tiettyyn kohtaan DNA: ssa.

Aluke antaa vapaan –OH: n polymeraasille katalyyttisen prosessinsa aloittamiseksi. Sitä vastoin RNA-polymeraasit voivat aloittaa työnsä ilman alukkeen tarvetta.

Toiseksi, DNA-polymeraasilla on useita sitoutumisalueita DNA-molekyyliin. RNA-polymeraasi voi sitoutua vain geenien promoottorisekvensseihin.

Viimeiseksi, DNA-polymeraasi on entsyymi, joka tekee työnsä erittäin uskollisesti. RNA-polymeraasi on herkkä useammille virheille, viemässä väärän nukleotidin joka 10 ⁴ nukleotidiä kohti.

Viitteet

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ja Walter, P. (2015). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Arkeologisen DNA: n kopiointi: palajen tunnistaminen palapelin ratkaisemiseksi. Genetiikka, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, ja Hausman, RE (2004). Solu: Molekyylinen lähestymistapa. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., ja Bebenek, K. (2007). DNA-polymeraasien monitoiminnot. Kasvitieteiden kriittiset katsaukset, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Geeniekspressio. UMI Books on Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetiikka: Käsitteellinen lähestymistapa. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., ja Kunkel, TA (2003). Eukaryoottisten DNA-polymeraasien toiminnot. Tieteen SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraasit: rakenteellinen monimuotoisuus ja yleiset mekanismit. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395 - 17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG ja Wilson, SH (2013). DNA-polymeraasiarkkitehtuurin rakenteellinen vertailu viittaa nukleotidiväylään polymeraasin aktiiviseen kohtaan. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.