POLYMERAS: EGENSKAPER, STRUKTUR OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De polymeraser är enzymer vilkas funktion är relaterad till processerna för replikation och transkription av nukleinsyror. Det finns två huvudtyper av dessa enzymer: DNA-polymeras och RNA-polymeras.

DNA-polymeras ansvarar för att syntetisera den nya DNA-kedjan under replikationsprocessen och lägga till nya nukleotider. De är stora, komplexa enzymer och skiljer sig i struktur beroende på om de finns i en eukaryotisk eller en prokaryotisk organisme.

Taq-polymeras: enzymet som används i PCR.
Källa: Lijealso

På liknande sätt verkar RNA-polymeras under DNA-transkription och syntetiserar RNA-molekylen. Liksom DNA-polymeras finns det i både eukaryoter och prokaryoter och dess struktur och komplexitet varierar beroende på gruppen.

Ur ett evolutionärt perspektiv är det troligt att tro att de första enzymerna måste ha haft polymerasaktivitet, eftersom ett av de inre kraven för livsutveckling är genomets replikationskapacitet.

Molekylärbiologiens centrala dogma

Den så kallade "dogmen" i molekylärbiologi beskriver bildandet av proteiner från gener som är krypterade i DNA i tre steg: replikering, transkription och translation.

Processen börjar med replikering av DNA-molekylen, där två kopior av den genereras på ett semikonservativt sätt. Meddelandet från DNA transkriberas sedan till en RNA-molekyl, kallad messenger RNA. Slutligen översätts budbäraren till proteiner av ribosomala maskiner.

I den här artikeln kommer vi att utforska två viktiga enzymer som är involverade i de två första processerna som nämns.

Det är värt att notera att det finns undantag från den centrala dogmen. Många gener översätts inte till proteiner, och i vissa fall är informationsflödet från RNA till DNA (som i retrovirus).

DNA-polymeras

Funktioner

DNA-polymeras är det enzym som ansvarar för den exakta replikationen av genomet. Enzyms arbete måste vara tillräckligt effektivt för att säkerställa upprätthållandet av genetisk information och dess överföring till de kommande generationerna.

Om vi ​​tänker på genomets storlek är det en ganska utmanande uppgift. Om vi ​​till exempel ställer oss upp till att transkribera ett 100-sidigt dokument på vår dator, skulle vi säkert ha ett fel (eller mer, beroende på vår koncentration) för varje sida.

Polymeraset kan lägga till mer än 700 nukleotider varje sekund, och det är bara fel varje 10 ⁹ eller 10 ¹⁰ införlivade nukleotider, ett extraordinärt antal.

Polymeraset måste ha mekanismer som gör att informationen från genomet kan kopieras exakt. Därför finns det olika polymeraser som har förmågan att replikera och reparera DNA.

Egenskaper och struktur

DNA-polymeras är ett enzym som fungerar i 5'-3'-riktningen och fungerar genom att lägga till nukleotider till terminaländen med den fria -OH-gruppen.

En av de omedelbara konsekvenserna av detta kännetecken är att en av kedjorna kan syntetiseras utan besvär, men hur är det med strängen som måste syntetiseras i 3'-5 '-riktningen?

Denna kedja är syntetiserad i så kallade Okazaki-fragment. Således syntetiseras små segment i normal riktning, 5'-3 ', som sedan förenas av ett enzym som kallas ligas.

Strukturellt sett har DNA-polymeraser vanligtvis två aktiva ställen som har metalljoner. I dem hittar vi aspartat och andra aminosyrarester som koordinerar metaller.

typer

Traditionellt, i prokaryoter, har tre typer av polymeraser identifierats som benämns med romerska siffror: I, II och III. I eukaryoter identifieras fem enzymer och benämns med bokstäver i det grekiska alfabetet, nämligen: α, β, γ, δ och ε.

De senaste undersökningarna har identifierat fem typer av DNA i Escherichia coli, 8 i jäst Saccharomyces cerevisiae och mer än 15 hos människor. I växtlinjen har enzymet mindre studerats. Emellertid har cirka 12 enzymer beskrivits i modellorganismen Arabidopsis thaliana.

tillämpningar

En av de mest använda teknikerna i laboratorier för molekylärbiologi är PCR- eller polymeraskedjereaktion. Denna procedur utnyttjar polymerisationskapaciteten hos DNA-polymeras för att amplifiera, genom flera storleksordningar, en DNA-molekyl som vi vill studera.

Med andra ord, i slutet av förfarandet kommer vi att ha tusentals kopior av vårt mål-DNA. Användningen av PCR är mycket varierande. Det kan tillämpas på vetenskaplig forskning, på diagnos av vissa sjukdomar eller till och med inom ekologi.

RNA-polymeras

Funktioner

RNA-polymeras ansvarar för att generera en RNA-molekyl med utgångspunkt från en DNA-mall. Det resulterande transkriptet är en kopia som kompletterar DNA-segmentet som användes som en mall.

Messenger RNA ansvarar för att transportera information till ribosomen för att generera ett protein. De deltar också i syntesen av andra typer av RNA.

Detta kan inte verka ensamt, det behöver proteiner som kallas transkriptionsfaktorer för att kunna utföra sina funktioner framgångsrikt.

Egenskaper och struktur

RNA-polymeraser är stora enzymkomplex. De är mer komplexa i den eukaryota linjen än i den prokaryota.

I eukaryoter finns det tre typer av polymeraser: Pol I, II och III, som är det centrala maskineriet för syntes av ribosomal, messenger respektive överförings-RNA. Däremot bearbetas alla deras gener i prokaryoter med en enda typ av polymeras.

Skillnader mellan DNA och RNA-polymeras

Även om båda enzymerna använder DNA-glödgning skiljer de sig på tre viktiga sätt. Först kräver DNA-polymeras en primer för att initiera replikering och koppla nukleotider. En primer eller primer är en molekyl som består av några få nukleotider, vars sekvens är komplementär till ett specifikt ställe i DNA.

Primern ger en fri –OH till polymeraset för att starta sin katalytiska process. Däremot kan RNA-polymeraser starta sitt arbete utan att behöva en primer.

För det andra har DNA-polymeras flera bindningsregioner på DNA-molekylen. RNA-polymeras kan endast binda till promotorsekvenser av gener.

Slutligen är DNA-polymeras ett enzym som gör sitt jobb med hög trohet. RNA-polymeras är mottaglig för fler fel, införa ett fel nukleotid var 10 ⁴ nukleotider.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA-replikering: identifiera bitarna för att lösa ett pussel. Genetik, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylär inställning. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Flera funktioner av DNA-polymeraser. Kritiska recensioner inom växtvetenskap, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Genexpression. UMI Books on Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Molekylär cellbiologi. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetik: ett konceptuellt tillvägagångssätt. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funktioner för eukaryota DNA-polymeraser. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA-polymeraser: strukturell mångfald och vanliga mekanismer. Journal of Biologisk kemi, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Strukturell jämförelse av DNA-polymerasarkitektur antyder en nukleotidport till det polymerasaktiva stället. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.