ПОЛИМЕРАЗА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У полимеразе су ензими чија функција није придружена процесима репликације и транскрипције нуклеинских киселина. Постоје две главне врсте ових ензима: ДНК полимераза и РНА полимераза.

ДНК полимераза одговорна је за синтезу новог ланца ДНК током процеса репликације, додајући нове нуклеотиде. Они су велики, сложени ензими и разликују се у структури у зависности да ли се налазе у еукариотском или прокариотском организму.

Так полимераза: ензим који се користи у ПЦР.
Извор: Лијеалсо

Слично томе, РНА полимераза делује током транскрипције ДНК, синтетишујући молекулу РНА. Као и ДНК полимераза, она се налази и у еукариотима и у прокариоту, а њена структура и сложеност варирају у зависности од групе.

Из еволуционе перспективе, вероватно је мислити да су први ензими морали имати полимеразну активност, јер је један од главних захтева за развој живота способност умножавања генома.

Централна догма молекуларне биологије

Такозвана "догма" молекуларне биологије описује стварање протеина из гена шифрованих у ДНК у три корака: репликација, транскрипција и транслација.

Процес започиње репликацијом молекула ДНК, где се две копије генерису полуконзервативно. Порука из ДНК се тада транскрибира у РНА молекул, који се назива мессенгер РНА. Коначно, гласник се рибосомалном машином преводи у протеине.

У овом ћемо чланку истражити два кључна ензима који су укључени у прва два споменута процеса.

Вреди напоменути да постоје изузеци од централне догме. Многи гени се не преводе у протеине, а у неким случајевима проток информација је из РНА у ДНК (као у ретровирусима).

ДНК полимераза

Карактеристике

ДНК полимераза је ензим одговоран за тачну репликацију генома. Рад ензима мора бити довољно ефикасан да обезбеди одржавање генетских информација и његов пренос на следеће генерације.

Ако узмемо у обзир величину генома, то је прилично изазован задатак. На пример, ако смо себи поставили задатак да на наш рачунар преписујемо документ од 100 страница, сигурно бисмо имали по једну грешку (или више, у зависности од наше концентрације) за сваку страницу.

Полимераза може додати више од 700 нуклеотида сваке секунде, а погрешно је само сваких 10 ⁹ или 10 ¹⁰ уграђених нуклеотида, што је необичан број.

Полимераза мора имати механизме који омогућавају тачно копирање информација о геному. Због тога, постоје различите полимеразе које имају способност да реплицирају и поправљају ДНК.

Карактеристике и структура

ДНК полимераза је ензим који делује у 5'-3 'правцу и делује додавањем нуклеотида на терминални крај са слободном -ОХ групом.

Једна од непосредних последица ове карактеристике је да један од ланаца може да се синтетише без непријатности, али шта је са ланцем који треба да се синтетише у правцу 3'-5 '?

Овај ланац је синтетизован у ономе што је познато као Оказаки фрагменти. Тако се мали сегменти синтетишу у нормалном смеру, 5'-3 ', који се након тога придружују ензиму који се зове лигаза.

Структурно гледано, ДНК полимеразе имају заједничка два активна места која поседују јоне метала. У њима налазимо остатке аспартата и других аминокиселина који координирају метале.

Врсте

У прокариоту су традиционално идентификоване три врсте полимераза које су назване римским бројевима: И, ИИ и ИИИ. У еукариотама је препознато пет ензима и названи су словима грчке абецеде, и то: α, β, γ, δ и ε.

Најновијим истраживањима је идентификовано пет врста ДНК у Есцхерицхиа цоли, 8 у квасцу Саццхаромицес церевисиае и више од 15 код људи. У биљној линији, ензим је мање проучаван. Међутим, описано је око 12 ензима у моделном организму Арабидопсис тхалиана.

Апликације

Једна од најчешће коришћених техника у лабораторијама молекуларне биологије је ПЦР или полимеразна ланчана реакција. Овим поступком се користи способност полимеризације ДНК полимеразе да би се повећао, за неколико реда величине, ДНК молекул који желимо да проучимо.

Другим речима, на крају поступка имаћемо хиљаде примерака наше циљне ДНК. Употреба ПЦР-а је веома разнолика. Може се применити у научним истраживањима, дијагностицирању неких болести или чак у екологији.

РНА полимераза

Карактеристике

РНА полимераза је одговорна за стварање молекуле РНА полазећи од ДНК шаблона. Добивени транскрипт је копија која допуњује ДНК сегмент који је коришћен као образац.

Мессенгер РНА је одговоран за пренос информација до рибосома, ради стварања протеина. Такође учествују у синтези других врста РНА.

То не може деловати сам, потребни су му протеини звани фактори транскрипције да би могли успешно да обављају своје функције.

Карактеристике и структура

РНК полимеразе су велики ензимски комплекси. Они су сложенији у еукариотској лози него у прокариотској.

У еукариотама постоје три врсте полимераза: Пол И, ИИ и ИИИ, које су централна машина за синтезу рибосома, мессенгер и пренос РНА. Супротно томе, код прокариота се сви њихови гени обрађују од једне врсте полимеразе.

Разлике између ДНК и РНА полимеразе

Иако оба ензима користе жарење ДНК, они се разликују на три кључна начина. Прво, ДНК полимераза захтева прајмер за покретање репликације и повезивање нуклеотида. Прајмер или прајмер је молекул који се састоји од неколико нуклеотида, чији су низови комплементарни одређеном месту у ДНК.

Прајмер даје бесплатно -ОХ полимерази да би започео каталитички процес. Супротно томе, РНА полимеразе могу започети свој рад без потребе за темељним премазом.

Друго, ДНК полимераза има вишеструко везивање региона на молекули ДНК. РНА полимераза може се везати само за промоторне секвенце гена.

Коначно, ДНК полимераза је ензим који свој посао обавља с великом вјерношћу. РНА полимераза је подложна већим грешкама, уводећи погрешан нуклеотид сваких 10 ⁴ нуклеотида.

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Рафф, М.,… и Валтер, П. (2015). Битна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Цанн, ИК, & Исхино, И. (1999). Репликација архејске ДНК: идентификација делова за решавање слагалице. Генетика, 152 (4), 1249–67.
3. Цоопер, ГМ и Хаусман, РЕ (2004). Ћелија: Молекуларни приступ. Медицинска наклада.
4. Гарциа-Диаз, М. и Бебенек, К. (2007). Вишеструке функције ДНК полимеразе. Критички осврти на биљне науке, 26 (2), 105–122.
5. Левин, Б. (1975). Експресија гена. УМИ књиге на захтев.
6. Лодисх, Х., Берк, А., Дарнелл, ЈЕ, Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, МП,… & Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
7. Пиерце, БА (2009). Генетика: концептуални приступ. Панамерицан Медицал Ед.
8. Схцхербакова, ПВ, Бебенек, К., Кункел, ТА (2003). Функције еукариотске ДНК полимеразе. Сциенце САГЕ КЕ, 2003 (8), 3.
9. Стеитз, ТА (1999). ДНК полимеразе: структурална разноликост и заједнички механизми. Часопис за биолошку хемију, 274 (25), 17395-17398.
10. Ву, С., Беард, ВА, Педерсен, ЛГ, & Вилсон, СХ (2013). Структурно упоређивање архитектуре ДНА полимеразе сугерира нуклеотидни излаз ка активном месту полимеразе. Хемијски прегледи, 114 (5), 2759–74.