“Het DNA polymerase is een enzym dat het DNA synthetiseert terwijl het RNA polymerase een enzym is dat het RNA synthetiseert.”
Enzymen zijn de klasse van eiwitten die helpen bij het katalyseren van verschillende biologische reacties. Een polymerase is een van de enzymen die nucleïnezuren synthetiseren.
Het nucleïnezuur is aanwezig in de kern van een cel, hetzij DNA, hetzij RNA (RNA in het geval van het enige retrovirus), dat het genetisch materiaal van ons is. Het DNA bevat alle informatie van een organisme die het van de ene generatie op de andere overdraagt.
Daartoe vormt het DNA door het volgen van het centrale dogmaproces – een collectief proces van replicatie, transcriptie en translatie – verschillende eiwitten.
Door de replicatie wordt het DNA verdubbeld, dat wordt getranscribeerd in functioneel mRNA. Het mRNA bevat alle informatie om een specifiek eiwit te vormen. Het mRNA wordt vertaald in een lange keten van aminozuren die uiteindelijk een specifiek eiwit vormt.
De polymerasen zijn de held van het hele centrale dogmaproces. Zo bespreken we dit alles.
Lees meer over DNA-replicatie: Algemeen proces van DNA replicatie.
Of DNA polymerase, óf RNA polymerase is hierbij betrokken, beide zijn echter verschillend en voeren een andere functie uit.
In dit artikel zullen we enkele van de belangrijke verschillen tussen onze beide helden bespreken, die je nooit op het internet zult vinden.
Dus laten we met het artikel beginnen,
Key Topics:
Het eerste verschil is natuurlijk de moleculen die ze synthetiseren.
“De DNA-polymerase synthetiseert de DNA-streng, terwijl de RNA-polymerase de RNA-streng synthetiseert”
De DNA-synthese vindt plaats tijdens de replicatie, dus de DNA-polymerase functioneert altijd tijdens de replicatie.
Terwijl de RNA polymerase functioneert tijdens het proces van transcriptie (RNA synthese vindt alleen plaats tijdens transcriptie).
Het DNA is een dubbelstrengs molecuul, terwijl het RNA enkelstrengs is – gevormd uit het DNA tijdens transcriptie.
Op basis daarvan is een ander verschil tussen beide dat de DNA polymerase dubbelstrengs DNA fabriceert, terwijl de RNA polymerase een enkelstrengs RNA fabriceert.
Om die reden heeft de DNA-polymerase altijd een kortstrengs DNA/RNA-molecuul nodig – primer genoemd – om de synthese te starten, wat niet nodig is voor RNA-polymerase.
De DNA-polymerase voegt pas nucleotiden in als het het vrije 3′-OH uiteinde vindt dat wordt vergemakkelijkt door de primer-synthese door het primase-enzym.
Grafische illustratie van het proces van DNA-synthese met behulp van het DNA-polymerase en de primer.
Maar dat is niet het geval met RNA-polymerase, RNA-polymerase voegt direct nucleotiden toe.
Daarom is het syntheseproces dat door de DNA-polymerase wordt beheerst niet de novo, terwijl de RNA-polymerase RNA synthetiseert door de novo.
De DNA-polymerase voegt dATP, dGTP, dCTP en dTTP toe aan de groeiende DNA-streng, terwijl de RNA-polymerase dATP, dGTP, dCTP en dUTP toevoegt aan de groeiende RNA-streng.
(Omdat het RNA in plaats van thymine, uracil bevat).
Hoewel de functie van beide polymerasen de synthese van nucleïnezuur is, zijn beide functioneel verschillend.
De DNA-polymerase heeft zowel polymerisatie- als proofreading-activiteit, terwijl de RNA-polymerase alleen de polymerisatie-activiteit heeft.
DNA polymerase voegt nucleotiden in en repareert de mismatched pairing door zijn proof-reading activiteit.
In het proces van proofreading – ook bekend als exonuclease-activiteit, spoort het DNA-polymerase de groeiende streng op, verwijdert het exonucleasedomein ervan de mismatch en voegt het polymerisatiedomein er een nieuwe nucleotide voor in de plaats in.
Aan de andere kant heeft het RNA-polymerase geen exonuclease-activiteit, zodat het de mismatch niet kan repareren. Om deze reden is de foutmarge van de DNA-polymerase veel lager dan die van de RNA-polymerase.
De polymerisatiesnelheid van het DNA-polymerase is ongeveer 1000 nucleotiden per seconde (prokaryoten), terwijl de snelheid van RNA-polymerase 40 tot 80 nucleotiden per seconde is.
We kunnen zeggen dat de DNA-polymerase sneller, efficiënter en nauwkeuriger is, terwijl de RNA-polymerase langzamer, inefficiënter en onnauwkeuriger is.
Grafische illustratie van het proces van RNA-synthese met behulp van de RNA-polymerase zonder primer.
DNA-polymerase heeft drie verschillende subtypen terwijl RNA-polymerase vijf verschillende subtypen heeft (eukaryoten).
Het eindproces van de synthese is ook bij beide verschillend.
De synthese van DNA gaat door tot het einde wanneer de streng eindigt, de polymerisatie stopt. Zo wordt het volledige chromosomale DNA gesynthetiseerd.
Maar RNA polymerase is anders. De polymerisatie door RNA polymerase wordt beëindigd wanneer het stopcodon of beëindigingscodon op de nucleïnezuurstreng wordt gevonden.
Beide regelen de katalytische reactie in verschillende stadia van de celcyclus.
De DNA-polymerase functioneert tijdens de S1-fase van een celcyclus, terwijl de RNA-polymerase functioneert tijdens de G1- en G2-fase daarvan.
Tijdens de replicatie worden aan het eind vier verschillende enkelstrengs DNA (twee dubbelstrengs DNA) gevormd
Het duplex-DNA moet zich voortdurend afwikkelen om DNA-polymerase te laten werken.
Het DNA-polymerase had een ander enzym nodig, helikase genaamd, dat het DNA afwikkelt om enkelstrengs template-DNA mogelijk te maken. Daarnaast was er ook DNA-topoisomerase nodig om de spanning van de resterende dsRNA-streng los te maken.
- Helicase – Topoisomerase
In tegenstelling hiertoe is er voor de RNA-polymerase geen afwikkelproces nodig en dus ook geen helicase in het syntheseproces.
Er is echter wel een holoenzym nodig voor de activering van RNA polymerase.
De samenvatting van de verschillen tussen DNA-polymerase en RNA-polymerase wordt in onderstaande tabel gegeven,
| Verschil | DNA polymerase | RNA polymerase |
| Synthese | Maken van DNA | Maken van RNA |
| Activiteit | Polymerisatie zowel als proef-lezen | Alleen polymerisatie |
| Proces | Betrokken bij replicatie | Betrokken bij transcriptie |
| Nucleotiden | A, T, G en C | A, U, G en C |
| Celdeling | Tijdens S1-fase | Tijdens G1- en G2-fase |
| Extra enzym | Helicase en topoisomerase | Holoenzym |
| Foutenpercentage | Zeer laag (als gevolg van proof-leesactiviteit) | Zeer hoog |
| Polymerisatiesnelheid | Hoog | Laag |
| Efficiëntie | Hoog | Laag |
| Proces | Niet de novo | De novo |
| Primer | Veist | Niet vereist |
DNA-polymerase in een notendop:
DNA-polymerase is een enzym dat DNA synthetiseert in alle levende organismen en dus aanwezig is in bijna alle organismen op aarde. Het helpt bij de replicatie om DNA te kopiëren met behulp van de enkelstrengs primer – hetzij DNA of RNA.
De DNA-polymerase kan DNA niet de novo repliceren, daarvoor heeft het een vrije 3′ OH groep nodig, die door de primer wordt geleverd.
Het heeft zowel een polymerisatie- als een exonuclease-domein en kan daardoor ook de mismatches repareren.
Het heeft 5′ tot 3′ polymerisatie activiteit en 3′ tot 5′ en 5′ tot 3′ exonuclease activiteit.
5 verschillende DNA pol in prokaryoten en 4 verschillende polymerase families zijn aanwezig in eukaryoten.
De precisie, efficiëntie en snelheid van DNA-polymerase zijn veel groter met nauwkeurigheid. Met behulp van DNA helicase rolt het DNA polymerase dsDNA af om de replicatie te vergemakkelijken.
Naast polymerisatie en exonuclease-activiteit zijn verschillende andere functies van DNA-polymerase
V(D)J-segment recombinatie, gap filling, antigeendiversiteit, behoud van de lengte van telomeren, DNA-reparatie pathway en somatische hypermutatie.
Wilt u meer weten over de verschillende typen DNA-polymerase, hun functie, werkingsmechanisme en andere gerelateerde informatie, lees dan ons artikel: Multifunctioneel DNA-polymerase.
RNA polymerase in een notendop:
Zoals het DNA-polymerase is ook het RNA-polymerase aanwezig in alle levende organismen, maar het functioneert anders.
Hij synthetiseert enkelstrengs RNA tijdens het transcriptieproces.
Het heeft een holoenzym nodig om goed te kunnen functioneren, maar heeft geen proofreading-activiteit. Vandaar dat de foutmarge van de RNA-polymerase veel hoger is dan die van de DNA-polymerase.
De RNA polymerase is traag, inefficiënt en voegt 40 tot 50 nucleotiden per seconde toe. Maar net als DNA-polymerase is ook RNA-polymerase belangrijk voor een cel.
Als het niet aanwezig is, hoe kan het mRNA dan worden gesynthetiseerd? Geef het daarom evenveel respect als DNA polymerase. ?
Conclusie:
In 1956 werd de eerste DNA polymerase ontdekt door Arther Kornberg. Beide polymerasen zijn belangrijk voor een cel.
Fout in de functie van de polymerase (hetzij DNA-polymerase of RNA-polymerase) leidt tot een aantal afwijkingen. Deze afwijkingen kunnen enkele ernstige genetische problemen veroorzaken.
Verkeerde nucleotidetoevoeging tijdens de replicatie van de transcriptie leidt tot een abnormale polypeptideketen en resulteert in een abnormaal of niet-functionerend eiwit.