POLYMERASE: MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA AT PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang mga polymerases ay mga enzymes na ang pag-andar ay nauugnay sa mga proseso ng pagtitiklop at transkripsyon ng mga nucleic acid. Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga enzymes na ito: DNA polymerase at RNA polymerase.

Ang polymerase ng DNA ay may pananagutan para sa synthesizing ang bagong chain ng DNA sa panahon ng proseso ng pagtitiklop, pagdaragdag ng mga bagong nucleotides. Ang mga ito ay malaki, kumplikadong mga enzyme, at naiiba sa istraktura depende sa kung sila ay matatagpuan sa isang eukaryotic o isang prokaryotic organism.

Taq polymerase: ang enzyme na ginamit sa PCR.
Pinagmulan: Lijealso

Katulad nito, ang RNA polymerase ay kumikilos sa panahon ng pag-transkrip ng DNA, synthesizing molekula ng RNA. Tulad ng polymerase ng DNA, matatagpuan ito sa parehong eukaryotes at prokaryotes at ang istraktura at pagiging kumplikado nito ay nag-iiba depende sa grupo.

Mula sa isang evolutionary na pananaw, posible na isipin na ang unang mga enzyme ay dapat magkaroon ng aktibidad na polymerase, dahil ang isa sa mga kinakailangan sa intrinsiko para sa pagbuo ng buhay ay ang kapasidad ng pagtitiklop ng genome.

Ang gitnang dogma ng molekular na biyolohiya

Ang tinaguriang "dogma" ng molekula na biyolohiya ay naglalarawan sa pagbuo ng mga protina mula sa mga genes na naka-encrypt sa DNA sa tatlong mga hakbang: pagtitiklop, transkripsyon at pagsasalin.

Ang proseso ay nagsisimula sa pagtitiklop ng molekula ng DNA, kung saan ang dalawang kopya nito ay nabuo sa isang paraan na semi-konserbatibo. Ang mensahe mula sa DNA ay pagkatapos ay isinalin sa isang molekula ng RNA, na tinatawag na messenger RNA. Sa wakas, ang messenger ay isinalin sa mga protina ng makinarya ng ribosomal.

Sa artikulong ito ay tuklasin namin ang dalawang mahahalagang enzymes na kasangkot sa unang dalawang proseso na nabanggit.

Ito ay nagkakahalaga na tandaan na may mga pagbubukod sa gitnang dogma. Maraming mga gene ang hindi isinalin sa mga protina, at sa ilang mga kaso ang daloy ng impormasyon ay mula sa RNA hanggang DNA (tulad ng sa retroviruses).

Ang polymerase ng DNA

Mga Tampok

Ang DNA polymerase ay ang enzyme na responsable para sa eksaktong pagtitiklop ng genome. Ang gawain ng enzyme ay dapat na mahusay na sapat upang matiyak ang pagpapanatili ng genetic na impormasyon at ang paghahatid nito sa mga susunod na henerasyon.

Kung isasaalang-alang natin ang laki ng genome, medyo mahirap na gawain. Halimbawa, kung inilalagay namin sa ating sarili ang gawain ng paglalagay ng isang 100-pahinang dokumento sa aming computer, tiyak na magkakaroon tayo ng isang pagkakamali (o higit pa, depende sa aming konsentrasyon) para sa bawat pahina.

Ang polymerase ay maaaring magdagdag ng higit sa 700 na mga nucleotide tuwing segundo, at mali lamang ito sa bawat 10 ⁹ o 10 ^{10 na} isinama na mga nucleotide, isang pambihirang numero.

Ang polymerase ay dapat magkaroon ng mga mekanismo na nagpapahintulot sa impormasyon ng genome na makopya nang eksakto. Samakatuwid, mayroong iba't ibang mga polymerases na may kakayahang magtiklop at magkumpuni ng DNA.

Mga katangian at istraktura

Ang polymerase ng DNA ay isang enzyme na gumagana sa direksyong 5'-3 ', at gumagana sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga nucleotides sa terminal end kasama ang libreng -OH group.

Ang isa sa mga agarang kahihinatnan ng katangian na ito ay ang isa sa mga tanikala ay maaaring synthesize nang walang anumang abala, ngunit ano ang tungkol sa strand na kailangang synthesize sa direksyon na 3'-5 '?

Ang chain na ito ay synthesized sa kung ano ang kilala bilang mga fragment ng Okazaki. Kaya, ang maliit na mga segment ay synthesized sa normal na direksyon, 5'-3 ', na kasunod na sumali sa pamamagitan ng isang enzyme na tinatawag na ligase.

Sa istruktura, ang mga polymerases ng DNA ay nasa pangkaraniwang dalawang aktibong site na nagtataglay ng mga ions na metal. Sa mga ito matatagpuan namin ang aspartate at iba pang mga residue ng amino acid na nagkoordina sa mga metal.

Mga Uri

Ayon sa kaugalian, sa prokaryote, tatlong uri ng polymerases ang nakilala na pinangalanan na may Roman number: I, II at III. Sa mga eukaryote, limang mga enzyme ang kinikilala at pinangalanan na may mga titik ng alpabetong Greek, tulad ng: α, β, γ, δ at ε.

Ang pinakahuling pagsisiyasat ay nakilala ang limang uri ng DNA sa Escherichia coli, 8 sa lebadura ng Saccharomyces cerevisiae at higit sa 15 sa mga tao. Sa linya ng halaman, ang enzyme ay hindi gaanong pinag-aralan. Gayunpaman, tungkol sa 12 mga enzyme ay inilarawan sa modelo ng organismo na Arabidopsis thaliana.

Aplikasyon

Ang isa sa mga ginagamit na pamamaraan sa mga molekular na biology laboratories ay ang PCR o reaksyon ng chain ng polymerase. Sinasamantala ng pamamaraang ito ang kapasidad ng polymerization ng DNA polymerase upang palakasin, sa pamamagitan ng maraming mga order ng magnitude, isang molekula ng DNA na nais nating pag-aralan.

Sa madaling salita, sa pagtatapos ng pamamaraan ay magkakaroon kami ng libu-libong kopya ng aming target na DNA.Ang mga gamit ng PCR ay iba-iba. Maaari itong mailapat sa siyentipikong pananaliksik, sa pagsusuri ng ilang mga sakit o kahit na sa ekolohiya.

RNA polymerase

Mga Tampok

Ang RNA polymerase ay responsable para sa pagbuo ng isang molekula ng RNA na nagsisimula sa isang template ng DNA. Ang nagresultang transcript ay isang kopya na nagpupuno sa segment ng DNA na ginamit bilang isang template.

Ang Messenger RNA ay may pananagutan sa pagdala ng impormasyon sa ribosom, upang makabuo ng isang protina. Nakikilahok din sila sa synthesis ng iba pang mga uri ng RNA.

Hindi ito maaaring kumilos nang nag-iisa, kailangan nito ang mga protina na tinatawag na mga salik sa transkripsyon upang matagumpay na maisakatuparan ang mga pag-andar nito.

Mga katangian at istraktura

Ang mga RNA polymerases ay malaking mga komplikadong enzyme. Ang mga ito ay mas kumplikado sa linya ng eukaryotic kaysa sa prokaryotic.

Sa eukaryotes, mayroong tatlong uri ng polymerases: Pol I, II at III, na kung saan ay ang sentral na makinarya para sa synthesis ng ribosomal, messenger, at paglipat ng RNA, ayon sa pagkakabanggit. Sa kaibahan, sa prokaryote lahat ng kanilang mga gen ay naproseso ng isang solong uri ng polymerase.

Mga pagkakaiba sa pagitan ng DNA at RNA polymerase

Bagaman ang parehong mga enzyme ay gumagamit ng DNA sa pagsusubo, naiiba sila sa tatlong pangunahing paraan. Una, ang polymerase ng DNA ay nangangailangan ng isang panimulang aklat upang simulan ang pagtitiklop at ikonekta ang mga nucleotides. Ang isang panimulang aklat o panimulang aklat ay isang molekula na binubuo ng ilang mga nucleotide, ang mga pagkakasunud-sunod na kung saan ay pantulong sa isang tiyak na site sa DNA.

Nagbibigay ang panimulang aklat ng isang libreng -OH sa polymerase upang masimulan ang proseso ng catalytic nito. Sa kaibahan, ang mga RNA polymerases ay maaaring magsimula ng kanilang trabaho nang walang pangangailangan para sa isang panimulang aklat.

Pangalawa, ang DNA polymerase ay may maraming mga nagbubuklod na rehiyon sa molekula ng DNA. Ang RNA polymerase ay maaari lamang magbigkis sa mga pagkakasunud-sunod ng tagataguyod ng mga gene.

Panghuli, ang DNA polymerase ay isang enzyme na gumagawa ng trabaho nito na may mataas na katapatan. Ang RNA polymerase ay madaling kapitan ng maraming mga pagkakamali, na nagpapakilala ng isang maling nucleotide bawat 10 ^{4 na mga} nucleotide.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2015). Mahalagang cell biology. Garland Science.
2. Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA replication: pagkilala sa mga piraso upang malutas ang isang palaisipan. Mga Genetika, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Ang cell: Molekular na diskarte. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Maramihang mga pag-andar ng DNA polymerases. Ang mga kritikal na pagsusuri sa mga agham ng halaman, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Expression ng Gene. Mga Aklat sa UMI sa Demand.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008). Biology ng molekular na cell. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Mga Genetika: Isang diskarte sa konsepto. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Mga Pag-andar ng eukaryotic DNA polymerases. Science SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). Ang mga polymerases ng DNA: pagkakaiba-iba ng istruktura at karaniwang mga mekanismo. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG, & Wilson, SH (2013). Ang paghahambing ng istruktura ng arkitektura ng DNA polymerase ay nagmumungkahi ng isang gatotide gateway sa aktibong site ng polymerase. Mga Review sa Chemical, 114 (5), 2759–74.