ПОЛІМЕРАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

У полимераз є ферменти , функція яких пов'язана з процесами реплікації і транскрипції нуклеїнових кислот. Існує два основних типи цих ферментів: ДНК-полімераза та РНК-полімераза.

ДНК-полімераза відповідає за синтез нового ланцюга ДНК під час процесу реплікації, додаючи нові нуклеотиди. Вони є великими, складними ферментами і відрізняються за будовою залежно від того, чи є вони в еукаріотичному чи прокаріотичному організмі.

Полімераза Taq: фермент, що використовується в ПЛР.
Джерело: Lijealso

Аналогічно, РНК-полімераза діє під час транскрипції ДНК, синтезуючи молекулу РНК. Як і ДНК-полімераза, вона зустрічається як у еукаріотів, так і у прокаріотів, її структура та складність змінюються залежно від групи.

З еволюційної точки зору правдоподібно думати, що перші ферменти, мабуть, мали полімеразну активність, оскільки однією з властивих вимог розвитку життя є здатність до реплікації геному.

Центральна догма молекулярної біології

Так звана «догма» молекулярної біології описує утворення білків із генів, зашифрованих у ДНК, у три етапи: реплікація, транскрипція та трансляція.

Процес починається з реплікації молекули ДНК, де дві копії її генеруються напівконсервативним чином. Повідомлення з ДНК потім транскрибується в молекулу РНК, яку називають месенджерною РНК. Нарешті, месенджер переводиться на білки рибосомною технікою.

У цій статті ми вивчимо два найважливіші ферменти, що беруть участь у перших двох згаданих процесах.

Варто зазначити, що в центральній догмі є винятки. Багато генів не переводяться в білки, а в деяких випадках потік інформації відбувається від РНК до ДНК (як у ретровірусах).

ДНК-полімераза

Особливості

ДНК-полімераза - це фермент, відповідальний за точну реплікацію геному. Робота ферменту повинна бути достатньо ефективною для забезпечення збереження генетичної інформації та її передачі наступним поколінням.

Якщо розглянути розмір генома, це досить складне завдання. Наприклад, якби ми поставили перед собою завдання переписати документ на 100 сторінок на комп’ютер, ми, безумовно, мали б одну помилку (або більше, залежно від концентрації) для кожної сторінки.

Полімераза може додавати більше 700 нуклеотидів щосекунди, і це неправильно кожні 10 ⁹ або 10 ¹⁰ включених нуклеотидів, надзвичайна кількість.

Полімераза повинна мати механізми, які дозволяють точно копіювати інформацію про геном. Тому існують різні полімерази, які мають здатність копіювати та відновлювати ДНК.

Характеристика та структура

ДНК-полімераза - це фермент, який працює в напрямку 5'-3 'і працює, додаючи нуклеотиди до кінцевого кінця з групою вільного -ОН.

Одним із безпосередніх наслідків цієї характеристики є те, що одну з ланцюгів можна синтезувати без будь-яких незручностей, але як бути з ланцюжком, який потрібно синтезувати в напрямку 3'-5 '?

Цей ланцюг синтезований у відомих як фрагменти Оказакі. Таким чином, невеликі сегменти синтезуються в нормальному напрямку 5'-3 ', які згодом приєднуються ферментом, званим лігазою.

Структурно ДНК-полімерази мають спільне два активних ділянки, які мають іони металів. У них ми знаходимо аспартатні та інші амінокислотні залишки, які координують метали.

Типи

Традиційно у прокаріотів було виділено три типи полімераз, які названі римськими цифрами: I, II та III. У еукаріотів розпізнається п’ять ферментів і називаються літерами грецького алфавіту, а саме: α, β, γ, δ і ε.

В останніх дослідженнях було виявлено п’ять типів ДНК кишкової палички, 8 - дріжджів Saccharomyces cerevisiae та понад 15 - для людини. У рослинній лінійці фермент був менш вивчений. Однак було описано близько 12 ферментів в модельному організмі Arabidopsis thaliana.

Програми

Однією з найбільш використовуваних методик в лабораторіях молекулярної біології є ПЛР або ланцюгова реакція полімерази. Ця процедура використовує можливість полімеризації ДНК-полімерази для посилення на кілька порядків молекули ДНК, яку ми хочемо вивчити.

Іншими словами, наприкінці процедури ми матимемо тисячі копій нашої цільової ДНК. Використання ПЛР дуже різноманітне. Його можна застосувати до наукових досліджень, до діагностики деяких захворювань або навіть в екології.

РНК-полімераза

Особливості

РНК-полімераза відповідає за генерування молекули РНК, починаючи з шаблону ДНК. Отримана стенограма - це копія, яка доповнює сегмент ДНК, який був використаний як шаблон.

РНК месенджера відповідає за передачу інформації до рибосоми, за генерування білка. Вони також беруть участь у синтезі РНК інших типів.

Це не може діяти поодинці, для успішного виконання своїх функцій потрібні білки, які називаються факторами транскрипції.

Характеристика та структура

РНК-полімерази - це великі ферментні комплекси. Вони є складнішими в еукаріотичній лінії, ніж у прокаріотичних.

У еукаріотів є три типи полімераз: Pol I, II та III, які є центральним механізмом синтезу рибосомальної, месенджерної та переносної РНК відповідно. Навпаки, у прокаріотів всі їх гени обробляються одним типом полімерази.

Відмінності між ДНК і РНК-полімеразою

Хоча обидва ферменти використовують відпал ДНК, вони відрізняються трьома ключовими способами. По-перше, для ДНК-полімерази необхідний праймер для ініціації реплікації та з'єднання нуклеотидів. Праймер або праймер - це молекула, що складається з декількох нуклеотидів, послідовності яких є комплементарними певній ділянці в ДНК.

Праймер дає полімеразі вільний -OH для початку каталітичного процесу. На відміну від цього, РНК-полімерази можуть розпочати свою роботу без необхідності ґрунтовки.

По-друге, ДНК-полімераза має безліч зв'язуючих областей на молекулі ДНК. РНК-полімераза може зв'язуватися лише з промоторними послідовностями генів.

Нарешті, ДНК-полімераза - це фермент, який виконує свою роботу з високою точністю. РНК-полімераза сприйнятлива до більшої кількості помилок, вводячи неправильний нуклеотид кожні 10 ⁴ нуклеотиди.

Список літератури

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Основна клітинна біологія. Гарленд Наука.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Археальна реплікація ДНК: виявлення фрагментів для вирішення головоломки. Генетика, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
4. Гарсія-Діаз, М., Бебенек, К. (2007). Кілька функцій ДНК-полімераз. Критичні огляди з рослинних наук, 26 (2), 105–122.
5. Левін, Б. (1975). Експресія гена. Книги UMI на вимогу.
6. Лодіш, Х., Берк, А., Дарнелл, Дж. Е., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Скотт, депутат, … і Мацудайра, П. (2008). Молекулярна клітинна біологія. Макміллан.
7. Пірс, BA (2009). Генетика: концептуальний підхід. Panamerican Medical Ed.
8. Щербакова, П. В., Бебенек, К., Кункел, Т. А. (2003). Функції еукаріотичної ДНК-полімерази. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Штайц, штат Техас (1999). ДНК-полімерази: структурна різноманітність та загальні механізми. Журнал біологічної хімії, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Структурне порівняння архітектури ДНК-полімерази передбачає нуклеотидний шлях до активного сайту полімерази. Хімічні огляди, 114 (5), 2759–74.