“DNA-polymerasen er et enzym, der syntetiserer DNA’et, mens RNA-polymerasen er et enzym, der syntetiserer RNA’et.”
Enzymer er den klasse af proteiner, der hjælper med at katalysere forskellige biologiske reaktioner. En polymerase er et af de enzymer, der syntetiserer nukleinsyrer.
Nukleinsyren er til stede i cellens kerne enten DNA eller RNA (RNA i tilfælde af den eneste retrovirus), som er vores genetiske materiale. DNA’et indeholder al information om en organisme, som det overfører fra en generation til en anden.
For at ved at følge den centrale dogmeproces – en kollektiv proces med replikation, transkription og translation – danner DNA forskellige proteiner.
Gennem replikationen bliver DNA’et fordoblet, som transskriberes til funktionelt mRNA. Det mRNA har alle oplysninger til at danne et specifikt protein. Det mRNA, der oversættes til en lang kæde af aminosyrer, som i sidste ende danner et specifikt protein.
Polymeraserne er helten i hele den centrale dogmeproces. Således diskuterer vi alt dette.
Læs mere om DNA-replikation: Generel proces for DNA-replikation.
Enten DNA-polymerase eller RNA-polymerase er involveret i dette, men begge er dog forskellige og udfører en forskellig funktion.
I denne artikel vil vi diskutere nogle af de vigtige forskelle mellem begge vores helte, som du aldrig vil få på internettet.
Så lad os starte artiklen,
Nøgleemner:
Den første forskel er naturligvis de molekyler, som de syntetiserer.
“DNA-polymerasen syntetiserer DNA-strengen, mens RNA-polymerasen syntetiserer RNA-strengen”
DNA-syntesen sker under replikationen, og derfor fungerer DNA-polymerasen under replikationen, altid.
Mens RNA-polymerasen fungerer under transkriptionsprocessen (RNA-syntese sker kun under transkriptionen).
DNA’et er et dobbeltstrenget molekyle, mens RNA’et er enkeltstrenget – dannet ud fra DNA’et under transkriptionen.
Baseret på dette er en anden forskel mellem de to, at DNA-polymerasen fremstiller dobbeltstrenget DNA, mens RNA-polymerasen fremstiller et enkeltstrenget RNA.
Da DNA-polymerase har derfor altid brug for et kort enkeltstrenget DNA/RNA-molekyle – kaldet primer – for at starte syntesen, hvilket ikke er nødvendigt for RNA-polymerase.
DNA-polymerasen indsatte først nukleotider, når den finder den frie 3′-OH-ende, der lettes af primer-syntesen af primaseenzymet.
Grafisk illustration af processen med DNA-synteser ved hjælp af DNA-polymerase og primer.
Men det er ikke tilfældet med RNA-polymerase, RNA-polymerase tilføjer nukleotider direkte.
Derfor er den synteseproces, der styres af DNA-polymerase, ikke de novo, mens RNA-polymerase syntetiserer RNA ved de novo.
DNA-polymerasen tilføjer dATP, dGTP, dCTP og dTTP til den voksende DNA-streng, mens RNA-polymerasen indsætter dATP, dGTP, dCTP og dUTP til den voksende RNA-streng.
(Fordi RNA’et i stedet for thymin indeholder uracil).
Men selv om begge polymerasers funktion er at syntetisere nukleinsyre, er de begge funktionelt forskellige.
DNA-polymerasen har både polymerisations- og korrekturlæsningsaktivitet, mens RNA-polymerasen kun har polymerisationsaktiviteten.
DNA-polymerase indsætter nukleotider og reparerer de mismatchede pardannelser ved sin proof-reading-aktivitet.
I processen med proofreading – også kendt som exonukleaseaktivitet – sporer DNA-polymerasen tilbage på den voksende streng, dens exonuklease-domæne fjerner mismatchingen, og polymeriseringsdomænet indsætter nyt nukleotid i stedet for.
På den anden side har RNA-polymerasen ikke exonukleaseaktivitet, og den kan således ikke reparere mismatchen. Af denne grund er fejlraten for DNA-polymerase meget lavere end for RNA-polymerase.
Polymeriseringshastigheden gennem DNA-polymerasen er ca. 1000 nukleotider pr. sekund (prokaryoter), mens RNA-polymerasens hastighed er 40 til 80 nukleotider pr. sekund.
Vi kan sige, at DNA-polymerasen er hurtigere, effektiv og mere præcis, mens RNA-polymerasen er langsommere, ineffektiv og unøjagtig.
Grafisk illustration af processen med RNA-synteser ved hjælp af RNA-polymerase uden primer.
DNA-polymerase har tre forskellige undertyper, mens RNA-polymerase har fem forskellige undertyper (eukaryoter).
Slutprocessen for syntesen er også forskellig hos begge.
DNA fortsætter syntesen af DNA indtil slutningen, når strengen slutter, stopper polymeriseringen. Dermed syntetiseres hele kromosomale DNA.
Men RNA-polymerase er anderledes. Polymerisationen gennem RNA-polymerase afsluttes, når finder stopkodonet eller terminationskodonet på nukleinsyrestrengen.
Både styrer den katalytiske reaktion i forskellige stadier af cellecyklussen.
DNA-polymerasen fungerer i S1-fasen af en cellecyklus, mens RNA-polymerasen fungerer i G1- og G2-fasen af den.
Under replikationen dannes der fire forskellige enkeltstrengede DNA’er (to dobbeltstrengede DNA’er) i slutningen af den
Dupleks-DNA’et skal afvikles kontinuerligt, for at DNA-polymerasen kan arbejde.
DNA-polymerasen krævede et andet enzym kaldet helicase afvikling af DNA’et for at lette enkeltstrenget skabelon-DNA. Derudover krævede det også DNA-topoisomerase for at frigøre spændingen fra den resterende dsRNA-streng.
- Helicase – Topoisomerase
I modsætning hertil kræver RNA-polymerasen ikke nogen afviklingsproces og dermed ingen helicase nødvendig i synteseprocessen.
Derimod er der behov for et holoenzym til aktivering af RNA-polymerase.
Sammenfatningen af forskellene mellem DNA-polymerase vs. RNA-polymerase er vist i nedenstående tabel,
| Difference | DNA-polymerase | RNA-polymerase | |
| Syntese | Fremstilling af DNA | Fremstilling af RNA | |
| Aktivitet | Polymerisation samt bevis-læsning | Kun polymerisering | |
| Proces | Involveret i replikation | Involveret i transkription | |
| Nucleotider | A, T, G og C | A, U, G og C | |
| Celledeling | I S1-fasen | I G1- og G2-fasen | |
| Overfladebehandling enzym | Helicase og topoisomerase | Holoenzym | |
| Fejlerate | Meget lav (på grund af bevis-læseaktivitet) | Meget høj | |
| Polymeriseringshastighed | Høj | Høj | Lav |
| Effektivitet | Høj | Lav | |
| Proces | Nej de novo | De novo | |
| Primer | Kræves | Kræves | Kræves ikke |
DNA-polymerase i en nøddeskal:
DNA-polymerasen er et enzym, der syntetiserer DNA i alle levende organismer og således findes i næsten alle organismer på jorden. Det hjælper ved replikationen med at kopiere DNA ved hjælp af den enkeltstrengede primer – enten DNA eller RNA.
DNA-polymerasen kan ikke replikere DNA de novo, den har brug for en fri 3’OH-gruppe til at gøre det, som primeren giver den.
Den har polymerisations- såvel som exonuklease-domæne, og på grund af dette har den også evnen til at reparere mismatches.
Den har 5′ til 3′-polymerisationsaktivitet og 3′ til 5′- og 5′ til 3′-exonukleaseaktivitet.
5 forskellige DNA pol i prokaryoter og 4 forskellige polymerasefamilier er til stede i eukaryoter.
DNA-polymerasens præcision, effektivitet og hastighed er meget højere med nøjagtighed. Ved hjælp af DNA-helicase afvikler DNA-polymerasen dsDNA for at lette replikationen.
Ud over polymerisering og exonukleaseaktivitet er flere andre funktioner af DNA-polymerase
V(D)J-segmentrekombination, udfyldning af huller, antigendiversitet, opretholdelse af telomerets længde, DNA-reparationsvej og somatisk hypermutation.
Hvis du vil vide mere om de forskellige typer af DNA-polymerase, dens funktion, virkningsmekanisme og andre relaterede oplysninger, kan du læse vores artikel: Multifunktionel DNA-polymerase.
RNA-polymerase i en nøddeskal:
Som DNA-polymerase findes RNA-polymerase også i alle levende organismer, men fungerer dog forskelligt.
Det syntetiserer enkeltstrenget RNA under transkriptionsprocessen.
Det krævede et holoenzym for at fungere korrekt, selv om det ikke har en korrekturlæsningsaktivitet. Derfor er fejlprocenten for RNA-polymerase meget højere end for DNA-polymerase.
RNA-polymerasen er langsom og ineffektiv og tilføjer nukleotider 40 til 50 i sekundet. Men ligesom DNA-polymerase er RNA-polymerase også vigtig for en celle.
Hvis den ikke er til stede, hvordan kan mRNA’et så syntetiseres?
Giv den derfor lige så meget respekt som ligesom DNA-polymerase. ?
Konklusion:
I 1956 blev den første DNA-polymerase opdaget af Arther Kornberg. Begge polymeraser er vigtige for en celle.
Fejl i polymerasens funktion (enten DNA-polymerase eller RNA-polymerase) resulterer i nogle abnormiteter. Disse abnormiteter kan forårsage nogle alvorlige genetiske problemer.
Fejlstændig nukleotidtilsætning under transkriptionens replikation resulterer i en unormal polypeptidkæde og resulterer i et unormalt eller ikke-fungerende protein.