POLIMERÁZ: JELLEMZŐK, FELÉPÍTÉS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A polimerázok olyan enzimek, amelyek funkciója kapcsolódik a nukleinsavak replikációs és transzkripciós folyamataihoz. Ezeknek az enzimeknek két fő típusa van: a DNS polimeráz és az RNS polimeráz.

A DNS-polimeráz felel az új DNS-lánc szintetizálásáért a replikációs folyamat során, új nukleotidok hozzáadásával. Nagy, összetett enzimek és felépítésükben különböznek attól függően, hogy eukarióta vagy prokarióta szervezetben találhatók-e.

Taq polimeráz: a PCR-ben használt enzim.

Forrás: Lijealso

Hasonlóképpen, az RNS-polimeráz a DNS-transzkripció során is működik, és szintetizálja az RNS-molekulát. A DNS-polimerázhoz hasonlóan megtalálható az eukariótákban és a prokariótákban is, és szerkezete és komplexitása a csoporttól függően változik.

Evolúciós szempontból valószínű, hogy azt gondoljuk, hogy az első enzimeknek polimeráz aktivitással kell rendelkezniük, mivel az élet kialakulásának egyik alapvető követelménye a genom replikációs képessége.

A molekuláris biológia központi dogma

A molekuláris biológia úgynevezett "dogma" három lépésben írja le a fehérjék képződését a DNS-ben kódolt génekből: replikáció, transzkripció és transzláció.

A folyamat a DNS-molekula replikációjával kezdődik, ahol annak két példányát előállítják félig konzervatív módon. A DNS-ből származó üzenetet ezután átírják egy RNS-molekulaba, úgynevezett messenger RNS-be. Végül a hírvivõt a riboszómális mechanizmusok transzlálják fehérjékké.

Ebben a cikkben két kritikus enzimet vizsgálunk meg, amelyek részt vesznek az első két említett folyamatban.

Érdemes megjegyezni, hogy vannak kivételek a központi dogmához. Sok gén nem fordul át fehérjékbe, és bizonyos esetekben az információáramlás az RNS-ből a DNS-be (például a retrovírusokban) történik.

DNS-polimeráz

Jellemzők

A DNS-polimeráz az enzim, amely felelős a genom pontos replikációjáért. Az enzimnek elég hatékonyan kell működnie, hogy biztosítsa a genetikai információ fenntartását és továbbadását a következő generációk számára.

Ha figyelembe vesszük a genom méretét, ez elég nehéz feladat. Például, ha azt a feladatot tennénk magunknak, hogy átírja a 100 oldalas dokumentumot a számítógépünkön, akkor minden oldalnál biztosan egy hiba lenne (vagy több, a koncentrációtól függően).

A polimeráz másodpercenként több mint 700 nukleotidot adhat hozzá, és csak 10 ⁹ vagy 10 ¹⁰ beépített nukleotidonként hibás, rendkívüli szám.

A polimeráznak olyan mechanizmusokkal kell rendelkeznie, amelyek lehetővé teszik a genom adatainak pontos lemásolását. Ezért vannak különböző polimerázok, amelyek képesek replikálni és helyreállítani a DNS-t.

Jellemzők és felépítés

A DNS-polimeráz egy enzim, amely az 5'-3 'irányban működik, és úgy működik, hogy nukleotidokat ad a terminális végéhez a szabad -OH csoporttal.

Ennek a tulajdonságnak az egyik közvetlen következménye az, hogy az egyik lánc kellemetlenség nélkül szintetizálható, de mi lenne a 3'-5 'irányban szintetizálni kívánt szálgal?

Ezt a láncot az úgynevezett Okazaki-fragmensekben szintetizálják. Ily módon kis szegmenseket szintetizálnak normál irányban, 5'-3 ', amelyeket később egy ligáz úgynevezett enzim csatlakoztat.

Szerkezetileg a DNS-polimerázoknak két aktív helye van, amelyek fémionokat tartalmaznak. Ezekben aszpartát- és más aminosavmaradványokat találunk, amelyek koordinálják a fémeket.

típusai

A prokariótákban hagyományosan három típusú polimerázt azonosítottak, amelyeket római számokkal neveztek el: I, II és III. Az eukariótákban öt enzimet felismernek és a görög ábécé betűivel nevezik: α, β, γ, δ és ε.

A legfrissebb vizsgálatok ötféle DNS-t azonosítottak Escherichia coli-ban, 8-at a Saccharomyces cerevisiae élesztőben és több mint 15-et az emberekben. A növényi vonalban az enzimet kevésbé vizsgálták. Az Arabidopsis thaliana modellorganizmusban azonban körülbelül 12 enzimet írtak le.

Alkalmazások

A molekuláris biológiai laboratóriumokban az egyik leggyakrabban alkalmazott módszer a PCR vagy a polimeráz láncreakció. Ez az eljárás kihasználja a DNS-polimeráz polimerizációs képességét, hogy több nagyságrenddel amplifikáljon egy DNS-molekulát, amelyet meg akarunk vizsgálni.

Más szavakkal: az eljárás végén több ezer példány lesz a cél DNS-énk, a PCR felhasználása nagyon változatos. Alkalmazható tudományos kutatásokhoz, egyes betegségek diagnosztizálásához vagy akár az ökológiában.

RNS polimeráz

Jellemzők

Az RNS-polimeráz felelős egy RNS-molekula előállításáért egy DNS-templátból kiindulva. A kapott átirat egy másolat, amely kiegészíti a sablonként használt DNS-szegmenst.

A Messenger RNS felel az információ továbbításáért a riboszómához, egy fehérje előállításához. Részt vesznek az RNS más típusainak szintézisében is.

Ez nem képes egyedül működni, transzkripciós faktoroknak nevezett proteinek szükségesek ahhoz, hogy sikeresen teljesítsék funkcióit.

Jellemzők és felépítés

Az RNS polimerázok nagy enzimkomplexek. Összetettebbek az eukarióta vonalban, mint a prokarióta esetében.

Az eukariótákban háromféle polimeráz létezik: Pol I, II és III, amelyek a központi mechanizmusok a riboszómák, a messenger és az RNS átviteléhez. Ezzel szemben a prokariótákban az összes gént egyetlen típusú polimeráz dolgozza fel.

Különbségek a DNS és az RNS polimeráz között

Bár mindkét enzim a DNS-hez kötődik, három fő módon különböznek egymástól. Először, a DNS-polimerázhoz primerre van szükség a replikáció kezdeményezéséhez és a nukleotidok összekapcsolásához. A primer vagy primer egy olyan molekula, amely néhány nukleotidból áll, amelyek szekvenciái komplementer egy adott DNS helyhez.

Az alapozó szabad –OH-t ad a polimeráznak a katalitikus folyamat megkezdéséhez. Ezzel szemben az RNS-polimerázok indítóképesség nélkül megkezdhetik munkájukat.

Másodszor, a DNS-polimeráznak több kötőrégiója van a DNS-molekulán. Az RNS-polimeráz csak a gének promóterszekvenciáihoz kötődik.

Végül, a DNS-polimeráz olyan enzim, amely nagy hűséggel végzi a munkáját. RNS-polimeráz érzékeny a több hibát, bevezetése rossz nukleotid minden 10 ⁴ nukleotid.

Irodalom

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… és Walter, P. (2015). Alapvető sejtbiológia. Garland Science.
2. Cann, IK és Ishino, Y. (1999). Régészeti DNS replikáció: a darabok azonosítása egy puzzle megoldására. Genetics, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM és Hausman, RE (2004). A cella: Molekuláris megközelítés. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M. és Bebenek, K. (2007). A DNS polimerázok több funkciója. Növénytudományi kritikai áttekintés, 26. (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Gén expresszió. UMI Books on Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetika: Fogalmi megközelítés. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K. és Kunkel, TA (2003). Az eukarióta DNS polimerázok funkciói. A Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNS-polimerázok: szerkezeti sokféleség és közös mechanizmusok. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG és Wilson, SH (2013). A DNS polimeráz szerkezetének strukturális összehasonlítása nukleotid átjárót mutat a polimeráz aktív helyéhez. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.