POLIMERAZA: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

V polimeraze so encimi, katerih funkcija je povezana s procesi replikacijo in transkripcijo nukleinskih kislin. Obstajata dve glavni vrsti teh encimov: DNA polimeraza in RNA polimeraza.

DNA polimeraza je odgovorna za sintezo nove verige DNK med procesom replikacije in dodajanje novih nukleotidov. So veliki, zapleteni encimi in se po strukturi razlikujejo glede na to, ali jih najdemo v evkariontskem ali prokariotskem organizmu.

Taq polimeraza: encim, uporabljen v PCR.
Vir: Lijealso

Podobno deluje RNA polimeraza med transkripcijo DNA, sintetizira molekulo RNA. Tako kot DNK polimerazo najdemo tako v evkariotih kot v prokariotih, njena struktura in zahtevnost pa sta odvisna od skupine.

Z evolucijske perspektive je verjetno verjeti, da so morali imeti prvi encimi delovanje polimeraze, saj je ena od bistvenih potreb za razvoj življenja sposobnost reprodukcije gena.

Osrednja dogma molekularne biologije

Tako imenovana "dogma" molekularne biologije opisuje tvorbo proteinov iz genov, šifriranih v DNK, v treh korakih: replikacija, prepisovanje in prevajanje.

Postopek se začne z razmnoževanjem molekule DNK, kjer sta dve kopiji nastali na pol-konzervativen način. Sporočilo iz DNK se nato prevede v molekulo RNA, imenovano messenger RNA. Končno se glasnik z ribosomalnimi stroji prevede v beljakovine.

V tem članku bomo preučili dva ključna encima, ki sta vključena v prva dva omenjena procesa.

Omeniti velja, da obstajajo izjeme pri osrednji dogmi. Številni geni se ne prevedejo v beljakovine, v nekaterih primerih pa je pretok informacij iz RNA v DNK (kot pri retrovirusih).

DNA polimeraza

Lastnosti

DNK polimeraza je encim, ki je odgovoren za natančno replikacijo genoma. Delo encima mora biti dovolj učinkovito, da zagotavlja vzdrževanje genetskih informacij in prenos le-te na naslednje generacije.

Če upoštevamo velikost genoma, je to kar zahtevna naloga. Če bi si na primer zastavili nalogo prepisovanja dokumenta na 100 strani v računalnik, bi zagotovo imeli eno napako (ali več, odvisno od naše koncentracije) za vsako stran.

Polimeraza lahko vsako sekundo doda več kot 700 nukleotidov, napačno je le vsakih 10 ⁹ ali 10 ¹⁰ vključenih nukleotidov, izjemno število.

Polimeraza mora imeti mehanizme, ki omogočajo natančno kopiranje informacij o genomu. Zato obstajajo različne polimeraze, ki imajo sposobnost ponovitve in popravljanja DNK.

Značilnosti in struktura

DNA polimeraza je encim, ki deluje v smeri 5'-3 'in deluje tako, da na končni konec dodaja nukleotide s prosto -OH skupino.

Ena od neposrednih posledic te lastnosti je, da je mogoče enega od pramenov sintetizirati brez neprijetnosti, kaj pa pramen, ki ga je treba sintetizirati v smeri 3'-5 '?

Ta veriga je sintetizirana v fragmentih Okazaki. Tako se v normalni smeri, 5'-3 ', sintetizirajo majhni segmenti, ki se jim nato pridruži encim, imenovan ligaza.

Strukturno imajo DNK polimeraze skupni dve aktivni mesti, ki imata kovinske ione. V njih najdemo ostanke aspartata in drugih aminokislin, ki koordinirajo kovine.

Vrste

Tradicionalno so v prokariotih identificirali tri vrste polimeraz, ki so poimenovane z rimskimi številkami: I, II in III. V evkariotih je prepoznanih pet encimov in jih poimenujemo s črkami grške abecede, in sicer: α, β, γ, δ in ε.

Najnovejše raziskave so odkrile pet vrst DNK v bakteriji Escherichia coli, 8 pri kvasovkah Saccharomyces cerevisiae in več kot 15 pri ljudeh. V liniji rastlin je bil encim manj raziskan. Vendar je bilo opisanih približno 12 encimov v vzorčnem organizmu Arabidopsis thaliana.

Prijave

Ena najpogosteje uporabljenih tehnik v laboratorijih za molekularno biologijo je PCR ali polimerazna verižna reakcija. Ta postopek izkorišča sposobnost polimerizacije DNK polimeraze, da z več zaporedji razširi molekulo DNA, ki jo želimo preučiti.

Z drugimi besedami, na koncu postopka bomo imeli na tisoče kopij ciljne DNK. Uporaba PCR je zelo raznolika. Uporablja se lahko pri znanstvenih raziskavah, diagnozi nekaterih bolezni ali celo v ekologiji.

RNA polimeraza

Lastnosti

RNA polimeraza je odgovorna za ustvarjanje molekule RNA, ki izhaja iz predloge DNK. Nastali transkript je kopija, ki dopolnjuje segment DNK, ki je bil uporabljen kot predloga.

Messenger RNA je odgovoren za prenašanje informacij na ribosom, za ustvarjanje beljakovin. Sodelujejo tudi pri sintezi drugih vrst RNA.

Ta ne more delovati sam, za uspešno izvajanje svojih funkcij potrebujejo beljakovine, imenovane transkripcijski faktorji.

Značilnosti in struktura

Polmeraze RNA so veliki encimski kompleksi. V eukariotski rodu so bolj zapleteni kot v prokariotski.

V evkariontih obstajajo tri vrste polimeraz: Pol I, II in III, ki so osrednja naprava za sintezo ribosomal, messenger in prenos RNA. Nasprotno pa v prokariotih vsi njihovi geni predelajo eno vrsto polimeraze.

Razlike med polimerazo DNA in RNA

Čeprav oba encima uporabljata žarjenje DNK, se razlikujeta na tri ključne načine. Prvič, DNK polimeraza potrebuje osnovni premaz, da sproži replikacijo in poveže nukleotide. Primer ali primer je molekula, sestavljena iz nekaj nukleotidov, katerih zaporedja so komplementarna določenemu mestu v DNK.

Temeljni premaz daje polimerazo prosto –OH, da začne svoj katalitični postopek. V nasprotju s tem lahko polimeraze RNA začnejo svoje delo, ne da bi potrebovali temeljni premaz.

Drugič, DNK polimeraza ima na molekuli DNA več vezavnih regij. RNK polimeraza se lahko veže le na promocijske sekvence genov.

Nazadnje je DNK polimeraza encim, ki svoje delo opravlja z visoko zvestobo. RNA polimeraza je dovzetna za več napak, saj na vsakih 10 ⁴ nukleotide vnese napačen nukleotid.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Razmnoževanje arhejske DNK: prepoznavanje kosov za reševanje uganke. Genetika, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM in Hausman, RE (2004). Celica: Molekularni pristop. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Več funkcij DNA polimeraz. Kritični pregledi rastlinskih znanosti, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Genska ekspresija. UMI knjige na zahtevo.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, poslanec,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetika: konceptualni pristop. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funkcije evkariontske DNA polimeraze. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNK polimeraze: strukturna raznolikost in skupni mehanizmi. Časopis za biološko kemijo, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturna primerjava arhitekture DNA polimeraze kaže na nukleotidni prehod na aktivno mesto polimeraze. Kemični pregledi, 114 (5), 2759–74.