“A DNS-polimeráz a DNS-t szintetizáló enzim, míg az RNS-polimeráz az RNS-t szintetizáló enzim.”.
Az enzimek a fehérjék azon osztálya, amelyek segítenek a különböző biológiai reakciók katalizálásában. A polimeráz a nukleinsavakat szintetizáló enzimek egyike.
A sejtmagban található nukleinsav vagy DNS vagy RNS (az egyetlen retrovírus esetében RNS), ami a genetikai anyagunk. A DNS tartalmazza egy szervezet összes információját, amelyet egyik generációról a másikra ad át.
Ezért a központi dogmafolyamatot – a replikáció, az átírás és a transzláció együttes folyamatát – követve a DNS különböző fehérjéket képez.
A replikáció révén a DNS megkettőződik, amely funkcionális mRNS-é íródik át. Az mRNS tartalmazza az összes információt egy adott fehérje kialakításához. Az mRNS-t aminosavak hosszú láncává fordítják le, amely végül egy adott fehérjét alkot.
A polimerázok az egész központi dogmafolyamat hősei. Így tárgyaljuk mindezt.
Bővebben a DNS replikációról: A DNS-replikáció általános folyamata.
Egyik DNS-polimeráz vagy RNS-polimeráz vesz részt ebben, azonban mindkettő más és más funkciót lát el.
A jelen cikkben a két hősünk közötti néhány fontos különbséget tárgyaljuk, amelyeket az interneten soha nem fogsz megtudni.
Kezdjük tehát a cikket,
Főbb témák:
Az első különbség nyilvánvalóan az általuk szintetizált molekulák.
“A DNS-polimeráz a DNS-szálat szintetizálja, míg az RNS-polimeráz az RNS-szálat szintetizálja.”
A DNS-szintézis a replikáció során történik, tehát a DNS-polimeráz mindig a replikáció során működik.
Az RNS-polimeráz viszont az átírás során működik (az RNS-szintézis csak az átírás során történik).
A DNS egy kétszálú molekula, míg az RNS egyszálú – a DNS-ből alakul ki az átírás során.
Ez alapján egy másik különbség a kettő között, hogy a DNS-polimeráz kétszálú DNS-t, míg az RNS-polimeráz egyszálú RNS-t állít elő.
Emiatt a DNS-polimeráznak mindig szüksége van egy rövid egyszálú DNS/RNS molekulára – az úgynevezett primerre – a szintézis elindításához, ami az RNS-polimeráznak nem szükséges.
A DNS-polimeráz csak akkor illesztett be nukleotidokat, amikor megtalálta a primer-szintetizáló primáz enzim által megkönnyített szabad 3′ OH véget.
A DNS-szintézis folyamatának grafikus ábrázolása a DNS-polimeráz és a primer segítségével.
Az RNS-polimeráz esetében azonban ez nem így van, az RNS-polimeráz közvetlenül nukleotidokat ad hozzá.
Ezért a DNS-polimeráz által szabályozott szintézisfolyamat nem de novo, míg az RNS-polimeráz az RNS-t de novo szintetizálja.
A DNS-polimeráz dATP-t, dGTP-t, dCTP-t és dTTP-t ad a növekvő DNS-szálhoz, míg az RNS-polimeráz dATP-t, dGTP-t, dCTP-t és dUTP-t illeszt a növekvő RNS-szálhoz.
(Mivel a timin helyett az RNS uracilt tartalmaz).
Bár mindkét polimeráz feladata a nukleinsav szintézise, funkcionálisan mindkettő különbözik.
A DNS-polimeráznak polimerizációs és lektorálási aktivitása is van, míg az RNS-polimeráznak csak a polimerizációs aktivitása.
A DNS-polimeráz beilleszti a nukleotidokat, és korrektorolvasó aktivitása révén javítja a nem illeszkedő párosításokat.
A korrektúraolvasás – más néven exonukleáz-aktivitás – során a DNS-polimeráz a növekvő szálon követ, az exonukleáz doménje eltávolítja a hibás illeszkedést, a polimerizációs domén pedig új nukleotidot illeszt be helyette.
A másik oldalon az RNS-polimeráz nem rendelkezik exonukleáz aktivitással, így nem tudja javítani az eltérést. Emiatt a DNS-polimeráz hibaaránya sokkal alacsonyabb, mint az RNS-polimerázé.
A DNS-polimeráz általi polimerizáció sebessége körülbelül 1000 nukleotid/másodperc (prokarióták), míg az RNS-polimeráz sebessége 40-80 nukleotid/másodperc.
Mondhatjuk, hogy a DNS-polimeráz gyorsabb, hatékonyabb és pontosabb, míg az RNS-polimeráz lassabb, nem hatékony és pontatlan.
Az RNS-szintézis folyamatának grafikus ábrázolása az RNS-polimeráz segítségével primer nélkül.
A DNS-polimeráznak három különböző altípusa van, míg az RNS-polimeráznak öt különböző altípusa (eukarióták).
A szintézis végső folyamata is eltérő mindkettőnél.
A DNS folytatja a DNS szintézisét a végéig, amikor a szál véget ér, a polimerizáció leáll. Így szintetizálódik a teljes kromoszómális DNS.
Az RNS-polimeráz azonban más. A polimerizáció az RNS-polimerázon keresztül akkor fejeződik be, amikor a nukleinsavszálon megtalálja a stopkódont vagy a terminációs kodont.
Mindkettő a sejtciklus különböző szakaszaiban irányítja a katalitikus reakciót.
A DNS-polimeráz a sejtciklus S1 fázisában, míg az RNS-polimeráz a G1 és G2 fázisában működik.
A replikáció során négy különböző egyszálú DNS (két kétszálú DNS) keletkezik a végén
A duplex DNS-nek folyamatosan ki kell tekerednie ahhoz, hogy a DNS-polimeráz működni tudjon.
A DNS-polimeráznak szüksége volt egy másik enzimre, a helikázra, amely a DNS kitekerését segíti elő az egyszálú sablon DNS-nek. Ezen kívül szükség volt a DNS topoizomerázra is, hogy a fennmaradó dsRNS-szál feszültségét feloldja.
- Helikáz – topoizomeráz
Ezzel ellentétben az RNS-polimeráznak nincs szüksége semmilyen kitekerési folyamatra, így a szintézishez nem szükséges helikáz.
Az RNS-polimeráz aktiválásához azonban egy holoenzimre van szükség.
A DNS-polimeráz vs. RNS-polimeráz közötti különbségek összefoglalása az alábbi táblázatban látható,
| Különbség | DNS-polimeráz | RNS-polimeráz | |
| Szintézis | DNS előállítása | RNS előállítása | |
| Aktivitás | Polimerizáció, valamint bizonyítás- | .olvasás | Csak polimerizáció |
| Folyamat | Beavatkozik a replikációba | Beavatkozik az átírásba | |
| Nukleotidok | A, T, G és C | A, U, G és C | |
| Csejtosztódás | Az S1 fázisban | A G1 és G2 fázisban | |
| Kiegészít. enzim | Helikáz és topoizomeráz | Holoenzim | |
| Hibaarány | Nagyon alacsony (a bizonyító-olvasási aktivitás miatt) | Nagyon magas | |
| Polimerizációs sebesség | magas | alacsony | |
| Efficiencia | magas | alacsony | |
| Folyamat | Nem de novo | De novo | |
| Primer | Szükséges | Nem szükséges |
DNS polimeráz dióhéjban:
A DNS-polimeráz egy olyan enzim, amely minden élő szervezetben szintetizálja a DNS-t, így a Földön szinte minden szervezetben jelen van. A replikációban segít a DNS másolásában az egyszálú primer – akár DNS, akár RNS – segítségével.
A DNS-polimeráz nem tudja de novo lemásolni a DNS-t, ehhez egy szabad 3′ OH-csoportra van szüksége, amelyet a primer biztosít.
Polimerizációs, valamint exonukleáz doménnel is rendelkezik, és ennek köszönhetően képes a mismatchek javítására is.
Egyaránt rendelkezik 5′ – 3′ polimerizációs aktivitással, valamint 3′ – 5′ és 5′ – 3′ exonukleáz aktivitással.
A prokariótákban 5 különböző DNS-pol, az eukariótákban pedig 4 különböző polimerázcsalád van jelen.
A DNS-polimeráz pontossága, hatékonysága és sebessége sokkal nagyobb a pontossággal. A DNS-helikáz segítségével a DNS-polimeráz feltekeri a dsDNS-t a replikáció megkönnyítése érdekében.
A polimerizáció és az exonukleáz aktivitás mellett a DNS-polimeráz számos más funkciója is van
V(D)J szegmens rekombináció, réskitöltés, antigéndiverzitás, telomer hosszának fenntartása, DNS-reparációs útvonal és szomatikus hipermutáció.
Ha többet szeretne megtudni a DNS-polimeráz különböző típusairól, funkciójáról, hatásmechanizmusáról és egyéb kapcsolódó információkról, olvassa el cikkünket: Multifunkcionális DNS-polimeráz.
Az RNS-polimeráz dióhéjban:
A DNS-polimerázhoz hasonlóan az RNS-polimeráz is jelen van minden élő szervezetben, azonban másképp működik.
Az átírás során egyszálú RNS-t szintetizál.
Holoenzimre van szüksége a megfelelő működéshez, bár nem rendelkezik lektorálási aktivitással. Ezért az RNS-polimeráz hibaaránya sokkal nagyobb, mint a DNS-polimerázé.
Az RNS-polimeráz lassú, nem hatékony, és másodpercenként 40-50 nukleotidot ad hozzá. De a DNS-polimerázhoz hasonlóan az RNS-polimeráz is fontos a sejt számára.
Ha nincs jelen, hogyan lehetne az mRNS-t szintetizálni, ezért adjunk neki ugyanolyan tiszteletet, mint a DNS-polimeráznak. ?
Következtetés:
Az első DNS-polimerázt 1956-ban fedezte fel Arther Kornberg. Mindkét polimeráz fontos a sejt számára.
A polimeráz (akár a DNS-polimeráz, akár az RNS-polimeráz) működésének hibája bizonyos rendellenességeket eredményez. Ezek a rendellenességek néhány súlyos genetikai problémát okozhatnak.
A transzkripció replikációja során történő hibás nukleotid-addíció abnormális polipeptidláncot eredményez, és abnormális vagy nem működő fehérjét eredményez.