Vlastnosti, struktura a funkce polymerázy

3619
David Holt

The polymerázy jsou to enzymy, jejichž funkce souvisí s procesy replikace a transkripce nukleových kyselin. Existují dva základní typy těchto enzymů: DNA polymeráza a RNA polymeráza..

DNA polymeráza má na starosti syntézu nového řetězce DNA během procesu replikace a přidávání nových nukleotidů. Jsou to velké, komplexní enzymy a liší se svou strukturou v závislosti na tom, zda se nacházejí v eukaryotickém nebo prokaryotickém organismu..

Taq polymeráza: enzym používaný při PCR.
Zdroj: Lijealso [public domain]

Podobně RNA polymeráza působí během transkripce DNA a syntetizuje molekulu RNA. Stejně jako DNA polymeráza se nachází v eukaryotech i prokaryotech a jeho struktura a složitost se liší v závislosti na skupině..

Z evolučního hlediska je možné si myslet, že první enzymy musely mít polymerázovou aktivitu, protože jedním z vnitřních požadavků pro vývoj života je replikační kapacita genomu..

Rejstřík článků

  • 1 Ústřední dogma molekulární biologie
  • 2 DNA polymeráza
    • 2.1 Funkce
    • 2.2 Vlastnosti a struktura
    • 2.3 Typy
    • 2.4 Aplikace
  • 3 RNA polymeráza
    • 3.1 Funkce
    • 3.2 Vlastnosti a struktura
  • 4 Rozdíly mezi DNA a RNA polymerázou
  • 5 Reference

Ústřední dogma molekulární biologie

Takzvané „dogma“ molekulární biologie popisuje vznik proteinů z genů šifrovaných v DNA ve třech krocích: replikace, transkripce a translace..

Proces začíná replikací molekuly DNA, kde jsou její dvě kopie generovány semikonzervativním způsobem. Zpráva z DNA je poté přepsána do molekuly RNA, která se nazývá messenger RNA. Nakonec je posel ribozomálním aparátem přeložen na proteiny..

V tomto článku prozkoumáme dva zásadní enzymy zapojené do prvních dvou zmíněných procesů..

Stojí za zmínku, že z centrálního dogmatu existují výjimky. Mnoho genů není přeloženo do proteinů a v některých případech je tok informací z RNA do DNA (jako u retrovirů).

DNA polymeráza

Funkce

DNA polymeráza je enzym odpovědný za přesnou replikaci genomu. Práce enzymu musí být dostatečně účinná, aby zajistila zachování genetické informace a její přenos do dalších generací..

Pokud vezmeme v úvahu velikost genomu, je to docela náročný úkol. Například pokud si dáme za úkol přepsat stostránkový dokument v našem počítači, určitě bychom měli jednu chybu (nebo více, v závislosti na naší koncentraci) pro každou stránku.

Polymeráza může přidávat více než 700 nukleotidů každou sekundu a je chybná pouze každých 109 nebo 1010 začleněné nukleotidy, mimořádný počet.

Polymeráza musí mít mechanismy, které umožňují přesné kopírování informací o genomu. Proto existují různé polymerázy, které mají schopnost replikovat a opravovat DNA..

Vlastnosti a struktura

DNA polymeráza v enzymu, který pracuje ve směru 5'-3 ', a pracuje přidáním nukleotidů na terminální konec s volnou -OH skupinou.

Jedním z bezprostředních důsledků této vlastnosti je, že jeden z řetězců lze syntetizovat bez jakýchkoli nepříjemností, ale co vlákno, které je třeba syntetizovat ve smyslu 3'-5 '?

Tento řetězec je syntetizován v takzvaných fragmentech Okazaki. Malé segmenty jsou tedy syntetizovány v normálním směru, 5'-3 ', které jsou následně spojeny enzymem nazývaným ligáza.

Strukturálně mají DNA polymerázy společné dvě aktivní místa, která obsahují ionty kovů. V nich najdeme aspartát a další aminokyselinové zbytky, které koordinují kovy.

Typy

Tradičně u prokaryot byly identifikovány tři typy polymeráz, které jsou pojmenovány římskými číslicemi: I, II a III. V eukaryotech je rozpoznáváno pět enzymů, které jsou pojmenovány písmeny řecké abecedy, jmenovitě: α, β, γ, δ a ε.

Nejnovější výzkum identifikoval pět typů DNA Escherichia coli, 8 v droždí Saccharomyces cerevisiae a více než 15 u lidí. V rostlinné linii byl enzym méně studován. Avšak v modelovém organismu Arabidopsis thaliana bylo popsáno asi 12 enzymů.

Aplikace

Jednou z nejpoužívanějších technik v laboratořích molekulární biologie je PCR nebo polymerázová řetězová reakce. Tento postup využívá polymerační kapacitu DNA polymerázy k amplifikaci molekuly DNA, kterou chceme studovat, o několik řádů..

Jinými slovy, na konci procedury budeme mít tisíce kopií naší cílové DNA. Použití PCR je velmi rozmanité. Může být aplikován na vědecký výzkum, na diagnostiku některých nemocí nebo dokonce v ekologii.

RNA polymeráza

Funkce

RNA polymeráza je zodpovědná za generování molekuly RNA vycházející z templátu DNA. Výsledný přepis je kopie, která doplňuje segment DNA, který byl použit jako šablona..

Messenger RNA je zodpovědný za přenášení informací do ribozomu za účelem generování proteinu. Podílejí se také na syntéze ostatních typů RNA.

Nemůže jednat sám, potřebuje proteiny zvané transkripční faktory, aby mohl úspěšně vykonávat své funkce..

Vlastnosti a struktura

RNA polymerázy jsou velké enzymové komplexy. Jsou složitější v eukaryotické linii než v prokaryotické.

U eukaryot existují tři typy polymeráz: Pol I, II a III, které jsou ústředním mechanizmem pro syntézu ribozomální, messengerové a přenosové RNA. Naproti tomu u prokaryot jsou všechny jejich geny zpracovávány jediným typem polymerázy..

Rozdíly mezi DNA a RNA polymerázou

Ačkoli oba enzymy používají DNA žíhání, liší se třemi klíčovými způsoby. Nejprve DNA polymeráza vyžaduje a První k zahájení replikace a připojení nukleotidů. A První nebo primer je molekula složená z několika nukleotidů, jejichž sekvence je komplementární se specifickým místem v DNA.

Primer dává polymeráze volný -OH k zahájení katalytického procesu. Naproti tomu RNA polymerázy mohou zahájit svou práci bez nutnosti a První.

Zadruhé, DNA polymeráza má více vazebných oblastí na molekule DNA. RNA polymeráza se může vázat pouze na promotorové sekvence genů.

A konečně, DNA polymeráza je enzym, který dělá svou práci s vysokou věrností. RNA polymeráza je náchylná k více chybám a každých 10 zavádí nesprávný nukleotid4 nukleotidy.

Reference

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
  2. Cann, I. K., & Ishino, Y. (1999). Archaealová replikace DNA: identifikace dílků k vyřešení hádanky. Genetika152(4), 1249-67.
  3. Cooper, G. M. a Hausman, R. E. (2004). Buňka: Molekulární přístup. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Mnoho funkcí DNA polymeráz. Kritické recenze v rostlinných vědách26(2), 105-122.
  5. Lewin, B. (1975). Genový výraz. Knihy UMI na vyžádání.
  6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulární buněčná biologie. Macmillana.
  7. Pierce, B. A. (2009). Genetika: koncepční přístup. Panamerican Medical Ed..
  8. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funkce eukaryotických DNA polymeráz. Věda je SAGE KE2003(8), 3.
  9. Steitz, T. A. (1999). DNA polymerázy: strukturální rozmanitost a společné mechanismy. Journal of Biological Chemistry274(25), 17395-17398.
  10. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G. a Wilson, S. H. (2013). Strukturální srovnání architektury DNA polymerázy naznačuje nukleotidovou bránu do aktivního místa polymerázy. Chemické recenze114(5), 2759-74.

Zatím žádné komentáře