”DNA-polymeraasi on entsyymi, joka syntetisoi DNA:ta, kun taas RNA-polymeraasi on entsyymi, joka syntetisoi RNA:ta.”
Ensiymit ovat proteiinien luokka, joka auttaa katalysoimaan erilaisia biologisia reaktioita. Polymeraasi on yksi nukleiinihappoja syntetisoivista entsyymeistä.
Nukleiinihappo on solun ytimessä joko DNA:ta tai RNA:ta (RNA:ta vain retroviruksen tapauksessa), joka on meidän geneettinen materiaalimme. DNA:ssa on kaikki organismin informaatio, jota se siirtää sukupolvelta toiselle.
Sitä varten DNA:sta muodostuu erilaisia proteiineja noudattamalla keskeistä dogmaprosessia – replikaation, transkription ja translaation kollektiivista prosessia.
Replikaation kautta DNA:sta tulee kaksinkertainen, joka transkriboituu toimivaksi mRNA:ksi. MRNA:ssa on kaikki tieto tietyn proteiinin muodostamiseksi. MRNA käännetään pitkäksi aminohappoketjuksi, joka lopulta muodostaa tietyn proteiinin.
Polymeraasit ovat koko keskusdogmaattisen prosessin sankari. Keskustelemme siis kaikesta tästä.
Lue lisää DNA:n replikaatiosta: DNA:n replikaation yleinen prosessi.
Joko DNA-polymeraasi tai RNA-polymeraasi osallistuvat tähän, mutta molemmat ovat kuitenkin erilaisia ja suorittavat eri tehtävän.
Tässä artikkelissa käsittelemme joitakin tärkeitä eroja molempien sankariemme välillä, joita et koskaan saa internetistä.
Aloitetaan siis artikkeli,
Keskeiset aiheet:
Ensimmäinen ero on ilmeisesti niiden syntetisoimat molekyylit.
”DNA-polymeraasi syntetisoi DNA-juosteen, kun taas RNA-polymeraasi syntetisoi RNA-juosteen.”
DNA-synteesi tapahtuu replikaation aikana, joten DNA-polymeraasi toimii replikaation aikana aina.
Vaikka RNA-polymeraasi toimii transkription aikana (RNA-synteesi tapahtuu vain transkription aikana).
DNA on kaksijuosteinen molekyyli, kun taas RNA on yksijuosteinen- muodostuu DNA:sta transkription aikana.
Tämän perusteella toinen ero molempien välillä on se, että DNA-polymeraasi valmistaa kaksijuosteista DNA:ta, kun taas RNA-polymeraasi valmistaa yksijuosteista RNAa.
Sen vuoksi DNA-polymeraasi tarvitsee synteesin aloittamiseen aina lyhyen yksisäikeisen DNA/RNA-molekyylin, jota kutsutaan alukkeeksi, jota RNA-polymeraasi ei tarvitse.
DNA-polymeraasi lisää nukleotideja vasta sitten, kun se löytää vapaan 3′ OH-pään, jota primaasi-entsyymi helpottaa primer-synteesillä.
Grafinen havainnollistus DNA:n syntetisointiprosessista DNA-polymeraasin ja primerin avulla.
Mutta näin ei ole RNA-polymeraasin kohdalla, RNA-polymeraasi lisää nukleotideja suoraan.
Siten DNA-polymeraasin hallitsema synteesiprosessi ei ole de novo, kun taas RNA-polymeraasi syntetisoi RNA:ta de novo.
DNA-polymeraasi lisää dATP:tä, dGTP:tä, dCTP:tä ja dTTP:tä kasvavaan DNA-juosteeseen, kun taas RNA-polymeraasi lisää dATP:tä, dGTP:tä, dCTP:tä ja dUTP:tä kasvavaan RNA-juosteeseen.
(Koska tymiinin sijasta RNA sisältää urasiilia).
Vaikka molempien polymeraasien tehtävänä on syntetisoida nukleiinihappoa, molemmat ovat toiminnallisesti erilaisia.
DNA-polymeraasilla on sekä polymerisaatio- että oikolukuaktiivisuus, kun taas RNA-polymeraasilla on vain polymerisaatioaktiivisuus.
DNA-polymeraasi lisää nukleotideja ja korjaa virheellisen parinmuodostuksen oikolukuaktiivisuudellaan.
Korjauslukemisessa – joka tunnetaan myös eksonukleaasiaktiivisuutena – DNA-polymeraasi jäljittää kasvavan säikeen, sen eksonukleaasidomeeni poistaa epäsuhtaisen parin ja polymerisaatiodomeeni lisää sen tilalle uuden nukleotidin.
Toisaalta RNA-polymeraasilla ei ole eksonukleaasiaktiivisuutta, joten se ei voi korjata mismatchia. Tästä syystä DNA-polymeraasin virhetaso on paljon pienempi kuin RNA-polymeraasin.
DNA-polymeraasin kautta tapahtuvan polymerisaation nopeus on noin 1000 nukleotidia sekunnissa (prokaryootit), kun taas RNA-polymeraasin nopeus on 40-80 nukleotidia sekunnissa.
Voidaan sanoa, että DNA-polymeraasi on nopeampi, tehokkaampi ja tarkempi, kun taas RNA-polymeraasi on hitaampi, tehottomampi ja epätarkempi.
Grafinen havainnollistus RNA:n synteesiprosessista RNA-polymeraasin avulla ilman aluketta.
DNA-polymeraasilla on kolme eri alatyyppiä, kun taas RNA-polymeraasilla on viisi eri alatyyppiä (eukaryootit).
Synteesin loppuprosessi on myös erilainen molemmissa.
DNA:n synteesi jatkuu DNA:n synteesin loppuun asti, kun säie päättyy, polymerisaatio pysähtyy. Syntetisoi siis koko kromosomaalisen DNA:n.
Mutta RNA-polymeraasi on erilainen. RNA-polymeraasin kautta tapahtuva polymerisaatio lopetetaan, kun nukleiinihapposäikeestä löytyy stop-kodoni tai lopetuskodoni.
Kumpikin ohjaa katalyyttistä reaktiota solusyklin eri vaiheissa.
DNA-polymeraasi toimii solusyklin S1-vaiheessa, kun taas RNA-polymeraasi toimii sen G1- ja G2-vaiheessa.
Replikaation aikana sen lopussa muodostuu neljä erilaista yksijuosteista DNA:ta (kaksi kaksi kaksijuosteista DNA:ta)
Dupleksi-DNA:n on purkauduttava jatkuvasti, jotta DNA-polymeraasi voisi toimia.
DNA-polymeraasi tarvitsi toisen entsyymin, jota kutsutaan helikaasiksi, purkamaan DNA:n käämitystä helpottaakseen yksijuosteisen templaatti-DNA:n toimintaa. Tämän lisäksi se tarvitsi myös DNA-topoisomeraasia vapauttamaan jännityksen jäljellä olevasta dsRNA-juosteesta.
- Helikaasi – Topoisomeraasi
Tästä poiketen RNA-polymeraasi ei vaadi mitään purkautumisprosessia eikä näin ollen myöskään helikaasia tarvita synteesiprosessissa.
RNA-polymeraasin aktivointiin tarvitaan kuitenkin holoentsyymi.
Yhteenveto DNA-polymeraasin ja RNA-polymeraasin eroista on esitetty alla olevassa taulukossa,
| Ero | DNA-polymeraasi | RNA-polymeraasi |
| Synteesi | DNA:n valmistus | RNA:n valmistus |
| Aktiviteetti | Polymerisaatio sekä todiste-esimerkkinen-lukeminen | Vain polymerisaatio |
| Prosessi | Toteutuu replikaatioon | Toteutuu transkriptioon |
| Nukleotidit | A, T, G ja C | A, U, G ja C |
| Solunjakautuminen | S1-vaiheen aikana | G1- ja G2-vaiheen aikana |
| Lisätietoja entsyymi | Helikaasi ja topoisomeraasi | Holoentsyymi |
| Virheprosentti | Erittäin alhainen (johtuen proof-lukemisaktiivisuudesta johtuen) | Erittäin korkea |
| Polymerisaation nopeus | korkea | matala |
| Hyötysuhde | korkea | matala |
| Prosessi | Ei de novo | De novo |
| Primeri | Tarvitaan | Ei tarvita |
DNA-polymeraasi pähkinänkuoressa:
DNA-polymeraasi on entsyymi, joka syntetisoi DNA:ta kaikissa elävissä organismeissa ja jota esiintyy siten lähes kaikissa maapallon eliöissä. Se auttaa replikaatiossa kopioimaan DNA:ta käyttämällä yksisäikeistä aluketta – joko DNA:ta tai RNA:ta.
DNA-polymeraasi ei voi kopioida DNA:ta de novo, vaan se tarvitsee siihen vapaan 3′ OH-ryhmän, jonka alukke tarjoaa.
Sillä on polymerisaatio- sekä eksonukleaasi-domeeni ja sen vuoksi sillä on kyky korjata myös mismatcheja.
Sillä on 5′ – 3′ polymerisaatioaktiivisuus sekä 3′ – 5′ ja 5′ – 3′ eksonukleaasiaktiivisuus.
Prokaryooteissa on 5 erilaista DNA-polia ja eukaryooteissa 4 erilaista polymeraasiperhettä.
DNA-polymeraasin tarkkuus, tehokkuus ja nopeus ovat paljon suuremmat tarkkuudella. DNA-polymeraasi purkaa DNA-heliksaasin avulla dsDNA:ta replikaation helpottamiseksi.
Polymerisaation ja eksonukleaasiaktiivisuuden lisäksi useita muita DNA-polymeraasin tehtäviä ovat
V(D)J-segmentin rekombinaatio, aukkojen täyttäminen, antigeenien monimuotoisuus, telomeerin pituuden ylläpitäminen, DNA:n korjausreitti ja somaattinen hypermutaatio.
Jos haluat lisätietoja DNA-polymeraasin eri tyypeistä, sen toiminnasta, toimintamekanismista ja muista asiaan liittyvistä tiedoista, lue artikkelimme: Monitoiminen DNA-polymeraasi.
RNA-polymeraasi pähkinänkuoressa:
Kuten DNA-polymeraasi, myös RNA-polymeraasi on läsnä kaikissa elävissä organismeissa, mutta toimii eri tavalla.
Se syntetisoi yksijuosteista RNA:ta transkriptioprosessin aikana.
Se tarvitsi toimiakseen kunnolla holoentsyymin, vaikka sillä ei ole oikolukuaktiivisuutta. Näin ollen RNA-polymeraasin virhetaso on paljon suurempi kuin DNA-polymeraasin.
RNA-polymeraasi on hidas, tehoton ja lisää nukleotideja 40-50 sekunnissa. Mutta kuten DNA-polymeraasi, myös RNA-polymeraasi on solulle tärkeä.
Jos sitä ei ole, miten mRNA:ta voidaan syntetisoida. siksi Anna sille yhtä paljon kunnioitusta kuin DNA-polymeraasille. ?
Johtopäätös:
Vuonna 1956 Arther Kornberg löysi ensimmäisen DNA-polymeraasin. Molemmat polymeraasit ovat tärkeitä solulle.
Virhe polymeraasin (joko DNA-polymeraasin tai RNA-polymeraasin) toiminnassa johtaa joihinkin poikkeavuuksiin. Nämä poikkeavuudet voivat aiheuttaa joitakin vakavia geneettisiä ongelmia.
Väärän nukleotidin lisäys transkription replikaation aikana johtaa epänormaaliin polypeptidiketjuun ja johtaa epänormaaliin tai toimimattomaan proteiiniin.