- Dogma centrală a biologiei moleculare
- ADN polimeraza
- Caracteristici
- Caracteristici și structură
- Tipuri
- Aplicații
- ARN polimeraza
- Caracteristici
- Caracteristici și structură
- Diferențe între ADN și ARN polimerază
- Referințe
Cele polimeraze sunt enzime a căror funcție este legată de procesele de replicare și transcripție acizilor nucleici. Există două tipuri principale ale acestor enzime: ADN polimerază și ARN polimerază.
ADN-polimeraza este responsabilă de sintetizarea noului lanț de ADN în timpul procesului de replicare, adăugând noi nucleotide. Sunt enzime mari, complexe și diferă în structură, în funcție de faptul că se găsesc într-un organism eucariotic sau procariot.
Taq polimeraza: enzima folosită în PCR.
Sursa: Lijealso
În mod similar, ARN polimeraza acționează în timpul transcrierii ADN-ului, sintetizând molecula de ARN. La fel ca ADN-polimeraza, se găsește atât în eucariote, cât și în procariote, iar structura și complexitatea acestuia variază în funcție de grup.
Din perspectivă evolutivă, este plauzibil să ne gândim că primele enzime trebuie să fi avut activitate polimerază, deoarece una dintre cerințele intrinseci pentru dezvoltarea vieții este capacitatea de reproducere a genomului.
Dogma centrală a biologiei moleculare
Așa-numita „dogmă” a biologiei moleculare descrie formarea proteinelor din gene criptate în ADN în trei etape: replicare, transcriere și traducere.
Procesul începe cu replicarea moleculei de ADN, unde două copii ale acesteia sunt generate într-o manieră semi-conservatoare. Mesajul de la ADN este apoi transcris într-o moleculă de ARN, numită ARN mesager. În cele din urmă, mesagerul este tradus în proteine de către aparatul ribozomal.
În acest articol vom explora două enzime cruciale implicate în primele două procese menționate.
Este demn de remarcat faptul că există excepții de la dogma centrală. Multe gene nu sunt traduse în proteine și, în unele cazuri, fluxul de informații este de la ARN la ADN (ca în retrovirusuri).
ADN polimeraza
Caracteristici
ADN-polimeraza este enzima responsabilă pentru replicarea exactă a genomului. Munca enzimei trebuie să fie suficient de eficientă pentru a asigura menținerea informațiilor genetice și transmiterea acesteia către generațiile următoare.
Dacă luăm în considerare dimensiunea genomului, este o sarcină destul de dificilă. De exemplu, dacă ne-am seta sarcina de a transcrie un document de 100 de pagini pe computerul nostru, cu siguranță am avea o eroare (sau mai multe, în funcție de concentrarea noastră) pentru fiecare pagină.
Polimeraza poate adăuga peste 700 de nucleotide în fiecare secundă și este greșit doar la fiecare 10 9 sau 10 10 nucleotide încorporate, un număr extraordinar.
Polimeraza trebuie să aibă mecanisme care să permită copierea informațiilor genomului exact. Prin urmare, există diferite polimeraze care au capacitatea de a reproduce și repara ADN-ul.
Caracteristici și structură
ADN-polimeraza este o enzimă care funcționează în direcția 5'-3 'și funcționează prin adăugarea de nucleotide la capătul terminal cu gruparea liberă-OH.
Una dintre consecințele imediate ale acestei caracteristici este aceea că una dintre fire poate fi sintetizată fără niciun inconvenient, dar ce se întâmplă cu șirul care trebuie sintetizat în direcția 3'-5 '?
Acest lanț este sintetizat în ceea ce este cunoscut sub numele de fragmente Okazaki. Astfel, segmentele mici sunt sintetizate în direcția normală, 5'-3 ', care sunt unite ulterior de o enzimă numită ligază.
Din punct de vedere structural, ADN polimerazele au în comun două situsuri active care posedă ioni metalici. În ele găsim aspartat și alte resturi de aminoacizi care coordonează metalele.
Tipuri
În mod tradițional, în procariote, au fost identificate trei tipuri de polimeraze care sunt numite cu cifre romane: I, II și III. În eucariote, cinci enzime sunt recunoscute și sunt numite cu litere ale alfabetului grec, și anume: α, β, γ, δ și ε.
Cele mai recente investigații au identificat cinci tipuri de ADN în Escherichia coli, 8 în drojdia Saccharomyces cerevisiae și mai mult de 15 la om. În linia plantelor, enzima a fost mai puțin studiată. Cu toate acestea, aproximativ 12 enzime au fost descrise în organismul model Arabidopsis thaliana.
Aplicații
Una dintre cele mai utilizate tehnici în laboratoarele de biologie moleculară este PCR sau reacția în lanț a polimerazei. Această procedură profită de capacitatea de polimerizare a ADN-polimerazei de a amplifica, prin mai multe ordine de mărime, o moleculă de ADN pe care dorim să o studiem.
Cu alte cuvinte, la finalul procedurii vom avea mii de copii ale ADN-ului nostru țintă. Utilizările PCR sunt foarte variate. Poate fi aplicat cercetărilor științifice, diagnosticului unor boli sau chiar în ecologie.
ARN polimeraza
Caracteristici
ARN polimeraza este responsabilă de generarea unei molecule de ARN pornind de la un șablon ADN. Transcrierea rezultată este o copie care completează segmentul ADN care a fost utilizat ca șablon.
ARN-ul Messenger este responsabil de transportarea informațiilor către ribozom, pentru a genera o proteină. De asemenea, participă la sinteza celorlalte tipuri de ARN.
Acest lucru nu poate acționa singur, are nevoie de proteine numite factori de transcripție pentru a-și putea îndeplini funcțiile cu succes.
Caracteristici și structură
ARN polimerazele sunt complexe enzimatice mari. Ele sunt mai complexe în linia eucariotă decât în procariote.
În eucariote, există trei tipuri de polimeraze: Pol I, II și III, care sunt mașina centrală pentru sinteza ARN ribozomal, mesager și respectiv de transfer. În schimb, în procariote, toate genele lor sunt procesate de un singur tip de polimerază.
Diferențe între ADN și ARN polimerază
Deși ambele enzime folosesc recoacerea ADN-ului, acestea diferă în trei moduri cheie. În primul rând, ADN-polimeraza necesită un primer pentru a iniția replicarea și conectarea nucleotidelor. Un primer sau amorsa este o moleculă formată din câteva nucleotide, ale căror secvențe sunt complementare unui situs specific din ADN.
Grundul oferă un polimerază liberă - OH pentru a începe procesul catalitic. În schimb, ARN polimerazele își pot începe activitatea fără a fi nevoie de un primer.
În al doilea rând, ADN-polimeraza are multiple regiuni de legare pe molecula de ADN. ARN polimeraza se poate lega numai de secvențele promotoare ale genelor.
În cele din urmă, ADN polimeraza este o enzimă care își face treaba cu o fidelitate ridicată. ARN polimeraza este susceptibilă la mai multe erori, introducând un nucleotid greșit la fiecare 10 4 nucleotide.
Referințe
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … și Walter, P. (2015). Biologia celulară esențială. Garland Science.
- Cann, IK, & Ishino, Y. (1999). Replicarea ADN-ului arheal: identificarea pieselor pentru rezolvarea unui puzzle. Genetică, 152 (4), 1249–67.
- Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Celula: abord molecular. Medicinska naklada.
- Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Funcții multiple ale ADN-polimerazelor. Recenzii critice în științele plantelor, 26 (2), 105–122.
- Lewin, B. (1975). Expresia genelor. UMI Books la cerere.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
- Pierce, BA (2009). Genetica: o abordare conceptuală. Editura Medicală Panamericană.
- Shcherbakova, PV, Bebenek, K., & Kunkel, TA (2003). Funcțiile ADN polimerazelor eucariote. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
- Steitz, TA (1999). ADN polimeraze: diversitate structurală și mecanisme comune. Journal of Biological Chemistry, 274 (25), 17395-17398.
- Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG și & Wilson, SH (2013). Comparația structurală a arhitecturii ADN-polimerazei sugerează o poartă nucleotidă la situsul activ al polimerazei. Recenzii chimice, 114 (5), 2759–74.