ПОЛИМЕРАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В полимераз являются ферменты , функция которых связана с процессами репликации и транскрипции нуклеиновых кислот. Есть два основных типа этих ферментов: ДНК-полимераза и РНК-полимераза.

ДНК-полимераза отвечает за синтез новой цепи ДНК в процессе репликации, добавляя новые нуклеотиды. Это большие сложные ферменты, которые различаются по структуре в зависимости от того, находятся ли они в эукариотическом или прокариотическом организме.

Полимераза Taq: фермент, используемый в ПЦР.
Источник: Lijealso

Точно так же РНК-полимераза действует во время транскрипции ДНК, синтезируя молекулу РНК. Подобно ДНК-полимеразе, он обнаружен как у эукариот, так и у прокариот, и его структура и сложность варьируются в зависимости от группы.

С эволюционной точки зрения можно предположить, что первые ферменты должны были обладать полимеразной активностью, поскольку одним из внутренних требований для развития жизни является способность генома к репликации.

Центральная догма молекулярной биологии

Так называемая «догма» молекулярной биологии описывает образование белков из генов, зашифрованных в ДНК, в три этапа: репликация, транскрипция и трансляция.

Процесс начинается с репликации молекулы ДНК, при которой две ее копии создаются полуконсервативным способом. Сообщение от ДНК затем транскрибируется в молекулу РНК, называемую информационной РНК. Наконец, рибосомный механизм переводит мессенджер в белки.

В этой статье мы рассмотрим два важных фермента, участвующих в первых двух упомянутых процессах.

Стоит отметить, что из центральной догмы есть исключения. Многие гены не транслируются в белки, и в некоторых случаях поток информации идет от РНК к ДНК (как в ретровирусах).

ДНК-полимераза

Характеристики

ДНК-полимераза - это фермент, отвечающий за точную репликацию генома. Работа фермента должна быть достаточно эффективной, чтобы обеспечивать сохранение генетической информации и ее передачу следующим поколениям.

Если учесть размер генома, это довольно сложная задача. Например, если мы поставим себе задачу переписать 100-страничный документ на нашем компьютере, у нас наверняка будет одна ошибка (или больше, в зависимости от нашей концентрации) на каждой странице.

Полимераза может добавлять более 700 нуклеотидов каждую секунду, и это неверно только через каждые 10 ⁹ или 10 ¹⁰ включенных нуклеотидов, невероятное количество.

Полимераза должна иметь механизмы, позволяющие точно копировать информацию генома. Следовательно, существуют разные полимеразы, которые обладают способностью реплицировать и восстанавливать ДНК.

Характеристики и состав

ДНК-полимераза - это фермент, который работает в направлении 5'-3 'и работает путем добавления нуклеотидов к концевому концу со свободной группой -ОН.

Одним из непосредственных следствий этой особенности является то, что одну из нитей можно синтезировать без каких-либо неудобств, но как насчет цепи, которую необходимо синтезировать в направлении 3'-5 '?

Эта цепь синтезируется в так называемые фрагменты Окадзаки. Таким образом, небольшие сегменты синтезируются в нормальном направлении, 5'-3 ', которые впоследствии соединяются ферментом, называемым лигазой.

Структурно ДНК-полимеразы имеют два общих активных центра, которые содержат ионы металлов. В них мы находим аспартат и другие аминокислотные остатки, которые координируют металлы.

Типы

Традиционно у прокариот идентифицировали три типа полимераз, названные римскими цифрами: I, II и III. У эукариот распознаются пять ферментов, названных буквами греческого алфавита, а именно: α, β, γ, δ и ε.

Последние исследования выявили пять типов ДНК у Escherichia coli, 8 у дрожжевых Saccharomyces cerevisiae и более 15 у человека. В линии растений фермент изучен меньше. Однако в модельном организме Arabidopsis thaliana описано около 12 ферментов.

Приложения

Одним из наиболее часто используемых методов в лабораториях молекулярной биологии является ПЦР или полимеразная цепная реакция. Эта процедура использует полимеризационную способность ДНК-полимеразы для амплификации на несколько порядков молекулы ДНК, которую мы хотим изучить.

Другими словами, в конце процедуры у нас будут тысячи копий нашей целевой ДНК.Использование ПЦР очень разнообразно. Его можно применять в научных исследованиях, для диагностики некоторых заболеваний или даже в экологии.

РНК-полимераза

Характеристики

РНК-полимераза отвечает за создание молекулы РНК, начиная с матрицы ДНК. Полученный транскрипт представляет собой копию, которая дополняет сегмент ДНК, который использовался в качестве матрицы.

Информационная РНК отвечает за перенос информации к рибосоме, чтобы генерировать белок. Они также участвуют в синтезе других типов РНК.

Он не может действовать в одиночку, ему нужны белки, называемые факторами транскрипции, чтобы успешно выполнять свои функции.

Характеристики и состав

РНК-полимеразы - это большие ферментные комплексы. Они более сложны в эукариотической линии, чем в прокариотической.

У эукариот есть три типа полимераз: Pol I, II и III, которые являются центральным механизмом синтеза рибосомной, информационной и транспортной РНК соответственно. Напротив, у прокариот все их гены процессируются одним типом полимеразы.

Различия между ДНК и РНК-полимеразой

Хотя оба фермента используют отжиг ДНК, они различаются по трем ключевым причинам. Во-первых, ДНК-полимеразе требуется праймер для инициации репликации и соединения нуклеотидов. Праймер или праймер - это молекула, состоящая из нескольких нуклеотидов, последовательности которых комплементарны определенному участку ДНК.

Праймер отдает полимеразе свободный –ОН, чтобы запустить ее каталитический процесс. Напротив, РНК-полимеразы могут начать свою работу без праймера.

Во-вторых, ДНК-полимераза имеет несколько участков связывания на молекуле ДНК. РНК-полимераза может связываться только с промоторными последовательностями генов.

Наконец, ДНК-полимераза - это фермент, который выполняет свою работу с высокой точностью. РНК-полимераза подвержена большему количеству ошибок, вводя неправильный нуклеотид каждые 10 ⁴ нуклеотидов.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А.Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2015). Существенная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Канн И.К., Ишино Ю. (1999). Репликация архейной ДНК: определение частей для решения головоломки. Генетика, 152 (4), 1249–67.
3. Купер, GM, и Хаусман, Р. Е. (2004). Клетка: молекулярный подход. Медицинская наклада.
4. Гарсия-Диас, М., и Бебенек, К. (2007). Многочисленные функции ДНК-полимераз. Критические обзоры в науках о растениях, 26 (2), 105–122.
5. Левин, Б. (1975). Экспрессия гена. Книги UMI по запросу.
6. Лодиш, Х., Берк, А., Дарнелл, Дж. Э., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, М. П.,… и Мацудаира, П. (2008). Молекулярная клеточная биология. Macmillan.
7. Пирс, BA (2009). Генетика: концептуальный подход. Panamerican Medical Ed.
8. Щербакова П.В., Бебенек К., Кункель Т.А. (2003). Функции ДНК-полимераз эукариот. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Стейтц, Т.А. (1999). ДНК-полимеразы: структурное разнообразие и общие механизмы. Журнал биологической химии, 274 (25), 17395-17398.
10. Ву, С., Борода, Вашингтон, Педерсен, Л.Г., и Уилсон, С.Х. (2013). Структурное сравнение архитектуры ДНК-полимеразы предполагает нуклеотидный шлюз к активному сайту полимеразы. Химические обзоры, 114 (5), 2759–74.