POLIMERAZA: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

A polimeraze su enzimi čija je funkcija se odnosi na procese replikaciju i transkripciju nukleinskih kiselina. Postoje dvije glavne vrste ovih enzima: DNA polimeraza i RNA polimeraza.

DNA polimeraza odgovorna je za sintezu novog lanca DNA tijekom procesa replikacije, dodajući nove nukleotide. Oni su veliki, složeni enzimi i razlikuju se u strukturi ovisno o tome nalaze li se u eukariotskom ili prokariotskom organizmu.

Taq polimeraza: enzim koji se koristi u PCR.

Izvor: Lijealso

Slično, RNA polimeraza djeluje tijekom transkripcije DNK, sintetizirajući molekulu RNA. Poput DNK polimeraze, ona se nalazi i u eukariotima i u prokariotima, a njegova struktura i složenost variraju ovisno o skupini.

Iz evolucijske perspektive vjerovatno je misliti da su prvi enzimi trebali imati polimeraznu aktivnost, jer je jedan od glavnih zahtjeva za razvoj života sposobnost umnožavanja genoma.

Središnja dogma molekularne biologije

Takozvana "dogma" molekularne biologije opisuje stvaranje proteina iz gena šifriranih u DNK u tri koraka: replikaciju, transkripciju i prevođenje.

Proces započinje replikacijom molekule DNK, gdje se dvije kopije nastaju na polukonzervativan način. Poruka iz DNA tada se transkribira u molekulu RNA, koja se naziva messenger RNA. Napokon, glasnik se pomoću ribosomalnih strojeva prevodi u bjelančevine.

U ovom ćemo članku istražiti dva ključna enzima koji su uključeni u prva dva spomenuta procesa.

Vrijedi napomenuti da postoje iznimke u središnjoj dogmi. Mnogi geni se ne prevode u bjelančevine, a u nekim slučajevima protok informacija je iz RNA u DNK (kao u retrovirusima).

DNA polimeraza

Značajke

DNA polimeraza je enzim odgovoran za točnu replikaciju genoma. Rad enzima mora biti dovoljno učinkovit kako bi se osiguralo održavanje genetske informacije i njegov prijenos na sljedeće generacije.

Ako uzmemo u obzir veličinu genoma, to je prilično izazovan zadatak. Na primjer, ako smo si postavili zadatak prepisivanja dokumenta od 100 stranica na naše računalo, sigurno bismo imali po jednu pogrešku (ili više, ovisno o koncentraciji) za svaku stranicu.

Polimeraza može dodati više od 700 nukleotida svake sekunde, a samo je pogrešno svakih 10 ⁹ ili 10 ¹⁰ ugrađenih nukleotida, što je neobičan broj.

Polimeraza mora imati mehanizme koji omogućuju točno kopiranje podataka o genomu. Stoga postoje različite polimeraze koje imaju sposobnost repliciranja i popravljanja DNK.

Karakteristike i struktura

DNA polimeraza je enzim koji djeluje u 5'-3 'smjeru, i djeluje dodavanjem nukleotida u terminalni kraj sa slobodnom -OH skupinom.

Jedna od neposrednih posljedica ove karakteristike je da se jedan od lanaca može sintetizirati bez neugodnosti, ali što je s lancem koji treba sintetizirati u smjeru 3'-5 '?

Taj se lanac sintetizira u onome što je poznato kao Okazaki fragmenti. Tako se mali segmenti sintetiziraju u normalnom smjeru, 5'-3 ', koji se nakon toga pridružuju enzimu koji se zove ligaza.

Strukturno gledano, DNA polimeraze imaju zajednička dva aktivna mjesta koja posjeduju ione metala. U njima nalazimo aspartat i ostale aminokiselinske ostatke koji koordiniraju metale.

vrste

U prokariotu su tradicionalno identificirane tri vrste polimeraza koje su nazvane rimskim brojevima: I, II i III. U eukariotama je prepoznato pet enzima i imenovani su slovima grčke abecede, i to: α, β, γ, δ i ε.

Najnovijim istraživanjima utvrđeno je pet vrsta DNA u Escherichia coli, 8 u kvascu Saccharomyces cerevisiae i više od 15 u ljudi. U biljnoj lozi enzim je manje proučavan. Međutim, opisano je oko 12 enzima u modelnom organizmu Arabidopsis thaliana.

Prijave

Jedna od najčešće korištenih tehnika u laboratorijima molekularne biologije je PCR ili polimerazna lančana reakcija. Ovim postupkom se koristi sposobnost polimerizacije DNK polimeraze da bi se povećalo, za nekoliko reda veličine, molekulu DNK koju želimo proučiti.

Drugim riječima, na kraju postupka imat ćemo tisuće primjeraka ciljane DNA.Koristi PCR-a vrlo su raznoliki. Može se primijeniti u znanstvenim istraživanjima, dijagnosticiranju nekih bolesti ili čak u ekologiji.

RNA polimeraza

Značajke

RNA polimeraza odgovorna je za stvaranje molekule RNA polazeći od DNK predloška. Dobiveni transkript je kopija koja nadopunjuje DNK segment koji je korišten kao predložak.

Glasnik RNA odgovoran je za prijenos informacija do ribosoma, za stvaranje proteina. Oni također sudjeluju u sintezi RNA drugih vrsta.

To ne može djelovati samo, potrebni su mu proteini koji se nazivaju faktori transkripcije da bi mogli uspješno obavljati svoje funkcije.

Karakteristike i struktura

RNK polimeraze su veliki enzimski kompleksi. Oni su složeniji u eukariotskoj lozi nego u prokariotskoj.

U eukariotama postoje tri vrste polimeraza: Pol I, II i III, koje su središnji strojevi za sintezu ribosoma, messenger i prijenos RNA. Suprotno tome, u prokariotima se svi njihovi geni obrađuju od jedne vrste polimeraze.

Razlike između polimeraze DNA i RNA

Iako oba enzima koriste žarenje DNA, razlikuju se na tri ključna načina. Prvo, DNK polimeraza zahtijeva temeljni premaz za pokretanje replikacije i povezivanje nukleotida. Prajmer ili prajmer je molekula sastavljena od nekoliko nukleotida, čiji su nizovi komplementarni određenom mjestu u DNK.

Prajmer daje besplatno -OH polimerazi da bi započeo katalitički proces. Suprotno tome, RNA polimeraze mogu započeti svoj rad bez potrebe za temeljnim premazom.

Drugo, DNA polimeraza ima višestruko vežuća područja na molekuli DNA. RNA polimeraza može se vezati samo za promotorne sekvence gena.

I na kraju, DNK polimeraza je enzim koji svoj posao obavlja s velikom vjernošću. RNA polimeraza podložna je većem broju pogrešaka, uvodeći pogrešan nukleotid svakih 10 ⁴ nukleotida.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Bitna stanična biologija. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Reprodukcija arhejske DNK: prepoznavanje dijelova za rješavanje zagonetke. Genetika, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Stanica: Molekularni pristup. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Višestruke funkcije DNA polimeraze. Kritički osvrti na biljne znanosti, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Genska ekspresija. UMI knjige na zahtjev.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetika: konceptualni pristup. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., i Kunkel, TA (2003). Funkcije eukariotske DNA polimeraze. SAGE KE znanosti, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA polimeraze: strukturna raznolikost i zajednički mehanizmi. Časopis za biološku kemiju, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturna usporedba arhitekture DNA polimeraze sugerira nukleotidni ulaz u aktivno mjesto polimeraze. Kemijski pregledi, 114 (5), 2759–74.