POLIMERĀZE: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

The polimerāzes ir fermenti, kuru funkcija ir saistīta ar procesiem replikāciju un transkripciju nukleīnskābēm. Pastāv divi galvenie šo enzīmu veidi: DNS polimerāze un RNS polimerāze.

DNS polimerāze ir atbildīga par jaunās DNS ķēdes sintezēšanu replikācijas procesā, pievienojot jaunus nukleotīdus. Tie ir lieli, sarežģīti fermenti un pēc struktūras atšķiras atkarībā no tā, vai tie ir sastopami eikariotu vai prokariotu organismā.

Taq polimerāze: enzīms, ko izmanto PCR.
Avots: Lijealso

Līdzīgi RNS polimerāze darbojas DNS transkripcijas laikā, sintezējot RNS molekulu. Tāpat kā DNS polimerāze, tā ir atrodama gan eikariotos, gan prokariotos, un tās struktūra un sarežģītība atšķiras atkarībā no grupas.

Raugoties no evolūcijas perspektīvas, ir ticami domāt, ka pirmajiem fermentiem jābūt ar polimerāzes aktivitāti, jo viena no būtiskām dzīves attīstības prasībām ir genoma replikācijas spēja.

Molekulārās bioloģijas centrālā dogma

Tā saucamā molekulārās bioloģijas "dogma" apraksta olbaltumvielu veidošanos no gēnos, kas šifrēti DNS, trīs posmos: replikācija, transkripcija un translācija.

Process sākas ar DNS molekulas replikāciju, kur daļēji konservatīvā veidā tiek ģenerētas divas tās kopijas. Pēc tam ziņojumu no DNS pārraksta RNS molekulā, ko sauc par Messenger MNS. Visbeidzot, kurjers tiek pārveidots olbaltumvielās ar ribosomu mehānismu.

Šajā rakstā mēs izpētīsim divus svarīgus fermentus, kas iesaistīti pirmajos divos minētajos procesos.

Ir vērts atzīmēt, ka centrālajā dogmā ir izņēmumi. Daudzi gēni netiek tulkoti olbaltumvielās, un dažos gadījumos informācijas plūsma notiek no RNS uz DNS (tāpat kā retrovīrusos).

DNS polimerāze

Iespējas

DNS polimerāze ir ferments, kas atbild par precīzu genoma replikāciju. Fermenta darbam jābūt pietiekami efektīvam, lai nodrošinātu ģenētiskās informācijas uzturēšanu un nodošanu nākamajām paaudzēm.

Ja ņem vērā genoma lielumu, tas ir diezgan sarežģīts uzdevums. Piemēram, ja mēs sev uzdotu pārkodēt 100 lappušu dokumentu datorā, tad katrā lappusē mums noteikti būtu viena kļūda (vai vairāk, atkarībā no mūsu koncentrācijas).

Polimerāze katru sekundi var pievienot vairāk nekā 700 nukleotīdu, un tas ir nepareizi tikai ik pēc 10 ⁹ vai 10 ¹⁰ iestrādātiem nukleotīdiem, kas ir ārkārtējs skaitlis.

Polimerāzei jābūt mehānismiem, kas ļauj precīzi kopēt informāciju par genomu. Tāpēc ir dažādas polimerāzes, kurām ir iespēja replicēt un labot DNS.

Raksturojums un uzbūve

DNS polimerāze ir ferments, kas darbojas 5'-3 'virzienā, un darbojas, pievienojot nukleotīdus termināla galā ar brīvo -OH grupu.

Viena no šīs pazīmes tiešajām sekām ir tāda, ka vienu no šķiedrām var sintezēt bez jebkādām neērtībām, bet kā ir ar šķiedru, kas jāintezē 3'-5 'virzienā?

Šī ķēde tiek sintezēta tā sauktajos Okazaki fragmentos. Tādējādi normālā virzienā tiek sintezēti mazi segmenti 5'-3 ', kurus pēc tam savieno enzīms, ko sauc par ligāzi.

Strukturāli DNS polimerāzēm ir kopīgas divas aktīvās vietas, kurās ir metāla joni. Tajos mēs atrodam aspartātu un citas aminoskābju atliekas, kas koordinē metālus.

Veidi

Tradicionāli prokariotos ir identificēti trīs veidu polimerāzes, kuras nosauktas ar romiešu cipariem: I, II un III. Eukariotos tiek atpazīti pieci fermenti, kas nosaukti ar grieķu alfabēta burtiem, proti: α, β, γ, δ un ε.

Jaunākajos pētījumos ir identificēti pieci DNS veidi Escherichia coli, 8 - Saccharomyces cerevisiae raugā un vairāk nekā 15 - cilvēkiem. Augu izcelsmes fermentā ferments ir mazāk pētīts. Tomēr paraugorganismā Arabidopsis thaliana ir aprakstīti apmēram 12 fermenti.

Lietojumprogrammas

Viena no molekulārās bioloģijas laboratorijās visbiežāk izmantotajām metodēm ir PCR vai polimerāzes ķēdes reakcija. Šajā procedūrā tiek izmantotas DNS polimerāzes polimerizācijas iespējas, lai ar vairākiem lielumiem palielinātu DNS molekulu, kuru mēs vēlamies izpētīt.

Citiem vārdiem sakot, procedūras beigās mums būs tūkstošiem mērķa DNS kopiju.PĶR lietojumi ir ļoti dažādi. To var izmantot zinātniskos pētījumos, dažu slimību diagnosticēšanā vai pat ekoloģijā.

RNS polimerāze

Iespējas

RNS polimerāze ir atbildīga par RNS molekulas ģenerēšanu, sākot no DNS šablona. Iegūtais atšifrējums ir kopija, kas papildina DNS segmentu, kas tika izmantots kā veidne.

Messenger RNS ir atbildīgs par informācijas pārnešanu uz ribosomu, lai ģenerētu olbaltumvielu. Viņi piedalās arī citu RNS veidu sintēzē.

Tas nevar darboties viens pats, lai sekmīgi veiktu savas funkcijas, nepieciešami proteīni, ko sauc par transkripcijas faktoriem.

Raksturojums un uzbūve

RNS polimerāzes ir lieli enzīmu kompleksi. Tie ir sarežģītāki eikariotu ciltsvietā nekā prokariotu grupā.

Eikariotos ir trīs veidu polimerāzes: Pol I, II un III, kas ir attiecīgi attiecīgi ribosomu, kurjeru un pārneses RNS sintēzes mehānismi. Turpretī prokariotos visus viņu gēnus apstrādā viena veida polimerāze.

Atšķirības starp DNS un RNS polimerāzi

Lai gan abi fermenti izmanto DNS atkvēlināšanu, tie atšķiras trīs galvenajos veidos. Pirmkārt, DNS polimerāzei ir nepieciešams gruntējums, lai sāktu replikāciju un savienotu nukleotīdus. Gruntējums vai grunts ir molekula, kas sastāv no dažiem nukleotīdiem, kuru sekvences papildina noteiktu vietu DNS.

Gruntējums polimerāzei piešķir brīvu –OH, lai sāktu tās katalītisko procesu. Turpretī RNS polimerāzes var sākt savu darbu bez nepieciešamības pēc gruntskrāsas.

Otrkārt, DNS polimerāzei ir vairāki saistošie reģioni uz DNS molekulas. RNS polimerāze var saistīties tikai ar gēnu sekvencēm.

Visbeidzot, DNS polimerāze ir enzīms, kas savu darbu veic ļoti precīzi. RNS polimerāze ir uzņēmīga pret vairāk kļūdu, ik pēc 10 ⁴ nukleotīdiem ieviešot nepareizu nukleotīdu.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Arheju DNS replikācija: gabalu identificēšana, lai atrisinātu mīklu. Ģenētika, 152 (4), 1249–67.
3. Kūpers, GM, un Hausmans, RE (2004). Šūna: molekulārā pieeja. Medicinska naklada.
4. Garsija-Diaza, M., un Bebeneks, K. (2007). DNS polimerāžu vairākas funkcijas. Kritiski pārskati augu zinātnēs, 26. (2), 105–122.
5. Lewins, B. (1975). Gēnu ekspresija. UMI grāmatas pēc pieprasījuma.
6. Lodish, H., Berks, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
7. Pīrss, BA (2009). Ģenētika: konceptuāla pieeja. Panamerican Medical Ed.
8. Ščerbakova, PV, Bebeneks, K., un Kunkels, TA (2003). Eikariotu DNS polimerāžu funkcijas. Zinātnes SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNS polimerāzes: struktūras daudzveidība un kopējie mehānismi. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). DNS polimerāzes arhitektūras strukturālais salīdzinājums liecina par nukleotīdu vārtiem uz polimerāzes aktīvo vietu. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.