„DNA polymeráza je enzym syntetizující DNA, zatímco RNA polymeráza je enzym syntetizující RNA.“
Enzymy jsou třídou bílkovin, které pomáhají při katalýze různých biologických reakcí. Polymeráza je jedním z enzymů, které syntetizují nukleové kyseliny.
Nukleová kyselina je přítomna v jádře buňky buď DNA, nebo RNA (RNA pouze v případě retroviru), což je náš genetický materiál. DNA obsahuje veškeré informace organismu, které přenáší z jedné generace na druhou.
Proto podle centrálního dogmatického procesu – společného procesu replikace, transkripce a translace – DNA tvoří různé bílkoviny.
Díky replikaci se DNA zdvojuje, což se přepisuje do funkční mRNA. V mRNA jsou obsaženy všechny informace pro tvorbu konkrétního proteinu. MRNA se přeloží do dlouhého řetězce aminokyselin, který nakonec vytvoří specifickou bílkovinu.
Hrdinou celého procesu centrálního dogmatu jsou polymerázy. O tom všem tedy diskutujeme.
Přečtěte si více o replikaci DNA: Obecný proces replikace DNA.
Podílí se na něm buď DNA polymeráza, nebo RNA polymeráza, obě se však liší a plní jinou funkci.
V tomto článku probereme některé důležité rozdíly mezi oběma našimi hrdiny, které se na internetu nedozvíte.
Začněme tedy článek,
Klíčová témata:
Prvním rozdílem jsou samozřejmě molekuly, které syntetizují.
„DNA polymeráza syntetizuje vlákno DNA, zatímco RNA polymeráza syntetizuje vlákno RNA“
Syntéza DNA probíhá během replikace, DNA polymeráza tedy funguje během replikace vždy.
Když RNA polymeráza funguje během přepisu (k syntéze RNA dochází pouze během přepisu).
DNA je dvouvláknová molekula, zatímco RNA je jednovláknová – vzniká z DNA během přepisu.
Na základě toho další rozdíl mezi oběma je, že DNA polymeráza vyrábí dvouvláknovou DNA, zatímco RNA polymeráza vyrábí jednovláknovou RNA.
Z tohoto důvodu DNA polymeráza vždy vyžadovala krátkou jednovláknovou molekulu DNA/RNA – tzv. primer pro zahájení syntézy, což RNA polymeráza nevyžaduje.
Polymeráza DNA vkládala nukleotidy až poté, co našla volný 3′ OH konec usnadněný syntézou primeru enzymem primázou.
Grafické znázornění procesu syntézy DNA pomocí DNA polymerázy a primeru.
To však není případ RNA polymerázy, RNA polymeráza přidává nukleotidy přímo.
Proces syntézy řízený polymerázou DNA tedy není de novo, zatímco polymeráza RNA syntetizuje RNA de novo.
Polymerasa DNA přidává dATP, dGTP, dCTP a dTTP do rostoucího vlákna DNA, zatímco polymerasa RNA vkládá dATP, dGTP, dCTP a dUTP do rostoucího vlákna RNA.
(Protože místo thyminu obsahuje RNA uracil).
Přestože funkcí obou polymeráz je syntéza nukleové kyseliny, obě se funkčně liší.
Polymeráza DNA má polymerační i korektorovací aktivitu, zatímco polymeráza RNA má pouze polymerační aktivitu.
DNA polymeráza vkládá nukleotidy a opravuje neshodný pár svou korektorovací aktivitou.
V procesu proofreadingu – známého také jako exonukleázová aktivita, sleduje DNA polymeráza rostoucí vlákno, její exonukleázová doména odstraní neshodu a polymerační doména na její místo vloží nový nukleotid.
Na druhé straně RNA polymeráza nemá exonukleázovou aktivitu, nemůže tedy neshodu opravit. Z tohoto důvodu je chybovost DNA polymerázy mnohem nižší než u RNA polymerázy.
Rychlost polymerace prostřednictvím DNA polymerázy je přibližně 1000 nukleotidů za sekundu (prokaryota), zatímco rychlost RNA polymerázy je 40 až 80 nukleotidů za sekundu.
Můžeme říci, že polymeráza DNA je rychlejší, účinnější a přesnější, zatímco polymeráza RNA je pomalejší, neúčinná a nepřesná.
Grafické znázornění procesu syntézy RNA pomocí RNA polymerázy bez primeru.
DNA polymeráza má tři různé podtypy, zatímco RNA polymeráza má pět různých podtypů (eukaryota).
Koncový proces syntézy se u obou také liší.
Polymerasa DNA pokračuje v syntéze DNA až do konce, kdy vlákno končí, polymerace se zastaví. Syntetizuje se tedy celá chromozomální DNA.
Polymeráza RNA se však liší. Polymerizace prostřednictvím RNA polymerázy je ukončena, když najde stop kodon nebo terminační kodon na řetězci nukleové kyseliny.
Oboje řídí katalytickou reakci v různých fázích buněčného cyklu.
Polymeráza DNA funguje během fáze S1 buněčného cyklu, zatímco polymeráza RNA funguje během jeho fází G1 a G2.
Během replikace vznikají na jejím konci čtyři různé jednořetězcové DNA (dvě dvouřetězcové DNA)
Duplexní DNA se musí nepřetržitě odvíjet, aby DNA polymeráza mohla pracovat.
Polymeráza DNA vyžadovala další enzym zvaný helikáza odvíjející DNA, aby usnadnila odvíjení jednořetězcové templátové DNA. Kromě toho vyžadovala také topoizomerázu DNA, aby uvolnila napětí ze zbývajícího vlákna dsRNA.
- Helikáza – topoizomeráza
Na rozdíl od toho RNA polymeráza nevyžaduje žádný proces odvíjení, a tak v procesu syntézy není nutná žádná helikáza.
K aktivaci RNA polymerázy je však zapotřebí holoenzym.
Souhrn rozdílů mezi DNA polymerázou a RNA polymerázou je uveden v následující tabulce,
| Rozdíl | DNA polymeráza | RNA polymeráza |
| Syntéza | Výroba DNA | Výroba RNA |
| Aktivita | Polymerizace i důkaz-.čtení | Polymerace |
| Proces | Zapojený do replikace | Zapojený do transkripce |
| Nukleotidy | A, T, G a C | A, U, G a C |
| Buněčné dělení | Během fáze S1 | Během fáze G1 a G2 |
| Dopl. enzym | Helikáza a topoizomeráza | Holoenzym |
| Míra chyb | Velmi nízká (v důsledku důkaz-čtecí aktivita) | Velmi vysoká |
| Rychlost polymerace | Vysoká | Nízká |
| Efektivnost | Vysoká | Nízká |
| Proces | Není de novo | De novo |
| Primer | Potřebný | Nepotřebný |
DNA polymeráza v kostce:
Polymeráza DNA je enzym, který syntetizuje DNA ve všech živých organismech, a je tedy přítomen téměř ve všech organismech na Zemi. Pomáhá při replikaci kopírovat DNA pomocí jednořetězcového primeru – buď DNA, nebo RNA.
Polymeráza DNA nemůže replikovat DNA de novo, potřebuje k tomu volnou 3′ OH skupinu, kterou poskytuje primer.
Má polymerační i exonukleázovou doménu a díky tomu má schopnost opravovat i neshody.
Má 5′ až 3′ polymerační aktivitu a 3′ až 5′ a 5′ až 3′ exonukleázovou aktivitu.
U prokaryot se vyskytuje 5 různých DNA pol a u eukaryot 4 různé rodiny polymeráz.
Přesnost, účinnost a rychlost DNA polymerázy jsou s přesností mnohem vyšší. Pomocí DNA helikázy DNA polymeráza odvíjí dsDNA pro usnadnění replikace.
Kromě polymerace a exonukleázové aktivity je několik dalších funkcí DNA polymerázy
V(D)J rekombinace segmentů, vyplňování mezer, antigenní diverzita, udržování délky telomer, dráha oprav DNA a somatická hypermutace.
Pokud se chcete dozvědět více o různých typech DNA polymerázy, její funkci, mechanismu působení a dalších souvisejících informacích, přečtěte si náš článek: Více informací naleznete v článku: Multifunkční DNA polymeráza.
RNA polymeráza v kostce:
Stejně jako polymeráza DNA je i polymeráza RNA přítomna ve všech živých organismech, funguje však odlišně.
Syntetizuje jednořetězcovou RNA během procesu transkripce.
Pro svou správnou funkci vyžaduje holoenzym, ačkoli nemá korektorovací aktivitu. Proto je chybovost RNA polymerázy mnohem vyšší než u DNA polymerázy.
Polymeráza RNA je pomalá, neefektivní a přidává nukleotidy 40 až 50 za sekundu. Ale stejně jako polymeráza DNA je i polymeráza RNA pro buňku důležitá.
Jestliže není přítomna, jak může být syntetizována mRNA, proto jí věnujte stejnou úctu jako polymeráze DNA. ?
Závěr:
V roce 1956 objevil Arther Kornberg první DNA polymerázu. Obě polymerázy jsou pro buňku důležité.
Chybná funkce polymerázy (buď DNA polymerázy, nebo RNA polymerázy) vede k některým abnormalitám. Tyto abnormality mohou způsobit některé závažné genetické problémy.
Chybný přídavek nukleotidů při replikaci transkripce vede k abnormálnímu polypeptidovému řetězci a výsledkem je abnormální nebo nefunkční bílkovina.