„Die DNA-Polymerase ist ein Enzym, das die DNA synthetisiert, während die RNA-Polymerase ein Enzym ist, das die RNA synthetisiert.“
Enzyme sind eine Klasse von Proteinen, die bei der Katalyse verschiedener biologischer Reaktionen helfen. Eine Polymerase ist eines der Enzyme, die Nukleinsäuren synthetisieren.
Die Nukleinsäure ist im Kern einer Zelle entweder als DNA oder als RNA (RNA im Falle des einzigen Retrovirus) vorhanden, die das genetische Material von uns ist. Die DNA enthält alle Informationen eines Organismus, die sie von einer Generation zur nächsten weitergibt.
Dazu bildet die DNA nach dem zentralen Dogma-Prozess – einem gemeinsamen Prozess von Replikation, Transkription und Translation – verschiedene Proteine.
Durch die Replikation wird die DNA verdoppelt, die dann in funktionsfähige mRNA umgeschrieben wird. Die mRNA enthält alle Informationen, um ein bestimmtes Protein zu bilden. Die mRNA wird in eine lange Kette von Aminosäuren übersetzt, die schließlich ein bestimmtes Protein bildet.
Die Polymerasen sind der Held des gesamten zentralen Dogma-Prozesses. Deshalb diskutieren wir über all das.
Lesen Sie mehr über die DNA-Replikation: Allgemeiner Prozess der DNA-Replikation.
Etweder die DNA-Polymerase oder die RNA-Polymerase sind daran beteiligt, beide sind jedoch unterschiedlich und erfüllen eine andere Funktion.
In diesem Artikel werden wir einige der wichtigen Unterschiede zwischen unseren beiden Helden besprechen, die man im Internet nicht findet.
So lasst uns mit dem Artikel beginnen,
Schlüsselthemen:
Der erste Unterschied sind natürlich die Moleküle, die sie synthetisieren.
„Die DNA-Polymerase synthetisiert den DNA-Strang, während die RNA-Polymerase den RNA-Strang synthetisiert.“
Die DNA-Synthese findet während der Replikation statt, also funktioniert die DNA-Polymerase immer während der Replikation.
Während die RNA-Polymerase während des Prozesses der Transkription funktioniert (die RNA-Synthese findet nur während der Transkription statt).
Die DNA ist ein doppelsträngiges Molekül, während die RNA einzelsträngig ist – sie wird während der Transkription aus der DNA gebildet.
Daraus ergibt sich ein weiterer Unterschied zwischen beiden, dass die DNA-Polymerase doppelsträngige DNA herstellt, während die RNA-Polymerase eine einzelsträngige RNA herstellt.
Deshalb benötigt die DNA-Polymerase immer ein kurzes, einzelsträngiges DNA/RNA-Molekül – Primer genannt – um die Synthese zu starten, was bei der RNA-Polymerase nicht erforderlich ist.
Die DNA-Polymerase fügte nur dann Nukleotide ein, wenn sie das freie 3′-OH-Ende fand, was durch die Primer-Synthese des Primase-Enzyms erleichtert wurde.
Grafische Darstellung des Prozesses der DNA-Synthese mit Hilfe der DNA-Polymerase und des Primers.
Das ist aber bei der RNA-Polymerase nicht der Fall, die RNA-Polymerase fügt die Nukleotide direkt ein.
Der von der DNA-Polymerase gesteuerte Syntheseprozess ist also nicht de novo, während die RNA-Polymerase die RNA de novo synthetisiert.
Die DNA-Polymerase fügt dATP, dGTP, dCTP und dTTP an den wachsenden DNA-Strang an, während die RNA-Polymerase dATP, dGTP, dCTP und dUTP an den wachsenden RNA-Strang anfügt.
(Weil die RNA anstelle von Thymin Uracil enthält).
Obwohl beide Polymerasen die Aufgabe haben, Nukleinsäure zu synthetisieren, sind sie funktionell unterschiedlich.
Die DNA-Polymerase hat sowohl Polymerisations- als auch Korrekturleseaktivität, während die RNA-Polymerase nur die Polymerisationsaktivität hat.
Die DNA-Polymerase fügt Nukleotide ein und repariert die Fehlpaarungen durch ihre Korrekturleseaktivität.
Im Prozess des Korrekturlesens – auch Exonuklease-Aktivität genannt – verfolgt die DNA-Polymerase den wachsenden Strang, die Exonuklease-Domäne entfernt die Fehlpaarung und die Polymerisations-Domäne fügt ein neues Nukleotid an deren Stelle ein.
Auf der anderen Seite hat die RNA-Polymerase keine Exonuklease-Aktivität, so dass sie die Fehlpaarung nicht reparieren kann. Aus diesem Grund ist die Fehlerquote der DNA-Polymerase viel geringer als die der RNA-Polymerase.
Die Polymerisationsrate durch die DNA-Polymerase beträgt etwa 1000 Nukleotide pro Sekunde (Prokaryoten), während die Rate der RNA-Polymerase 40 bis 80 Nukleotide pro Sekunde beträgt.
Wir können sagen, dass die DNA-Polymerase schneller, effizienter und genauer ist, während die RNA-Polymerase langsamer, ineffizienter und ungenauer ist.
Grafische Darstellung des Prozesses der RNA-Synthese mit der RNA-Polymerase ohne Primer.
Die DNA-Polymerase hat drei verschiedene Subtypen, während die RNA-Polymerase fünf verschiedene Subtypen hat (Eukaryoten).
Der Endprozess der Synthese ist bei beiden ebenfalls unterschiedlich.
Die DNA setzt die Synthese der DNA bis zum Ende fort, wenn der Strang endet, stoppt die Polymerisation. Es wird also die gesamte chromosomale DNA synthetisiert.
Aber die RNA-Polymerase ist anders. Die Polymerisation durch die RNA-Polymerase wird beendet, wenn sie das Stoppcodon oder Terminationscodon auf dem Nukleinsäurestrang findet.
Beide steuern die katalytische Reaktion in verschiedenen Stadien des Zellzyklus.
Die DNA-Polymerase arbeitet während der S1-Phase eines Zellzyklus, während die RNA-Polymerase während der G1- und G2-Phase des Zellzyklus arbeitet.
Während der Replikation entstehen am Ende vier verschiedene einzelsträngige DNA (zwei doppelsträngige DNA)
Die Duplex-DNA muss sich kontinuierlich abwickeln, damit die DNA-Polymerase arbeiten kann.
Die DNA-Polymerase benötigte ein weiteres Enzym namens Helikase, das die DNA abwickelt, um die einzelsträngige Template-DNA zu ermöglichen. Darüber hinaus benötigte sie auch die DNA-Topoisomerase, um die Spannung vom verbleibenden dsRNA-Strang zu lösen.
- Helicase – Topoisomerase
Im Gegensatz dazu benötigt die RNA-Polymerase keinen Abwicklungsprozess und somit keine Helicase im Syntheseprozess.
Für die Aktivierung der RNA-Polymerase wird jedoch ein Holoenzym benötigt.
Die Zusammenfassung der Unterschiede zwischen DNA-Polymerase und RNA-Polymerase sind in der folgenden Tabelle dargestellt,
| Unterschied | DNA-Polymerase | RNA-Polymerase |
| Synthese | Herstellung von DNA | Herstellung von RNA |
| Aktivität | Polymerisation sowie Pro-.Lesen | Nur Polymerisation |
| Prozess | Beteiligt an Replikation | Beteiligt an Transkription |
| Nukleotide | A, T, G und C | A, U, G und C |
| Zellteilung | in der S1-Phase | in der G1- und G2-Phase |
| Zusätzliches Enzym | Helicase und Topoisomerase | Holoenzym |
| Fehlerquote | Sehr gering (aufgrund der Proof-Leseaktivität) | Sehr hoch |
| Polymerisationsgeschwindigkeit | Hoch | Niedrig |
| Effizienz | Hoch | Niedrig |
| Prozess | Nicht de novo | De novo |
| Primer | Benötigt | Nicht benötigt |
DNA-Polymerase in Kürze:
Die DNA-Polymerase ist ein Enzym, das die DNA in allen lebenden Organismen synthetisiert und somit in fast allen Organismen auf der Erde vorhanden ist. Es hilft bei der Replikation, die DNA mit Hilfe eines einzelsträngigen Primers – entweder DNA oder RNA – zu kopieren.
Die DNA-Polymerase kann DNA nicht de novo replizieren, sie benötigt dazu eine freie 3′-OH-Gruppe, die vom Primer bereitgestellt wird.
Sie besitzt sowohl eine Polymerisations- als auch eine Exonuklease-Domäne und ist daher in der Lage, auch Fehlpaarungen zu reparieren.
Es hat eine 5′ zu 3′ Polymerisationsaktivität und eine 3′ zu 5′ und 5′ zu 3′ Exonukleaseaktivität.
Es gibt 5 verschiedene DNA pol in Prokaryonten und 4 verschiedene Polymerasefamilien in Eukaryonten.
Die Präzision, Effizienz und Geschwindigkeit der DNA-Polymerase ist bei der Genauigkeit wesentlich höher. Mit Hilfe der DNA-Helikase wickelt die DNA-Polymerase die dsDNA ab, um die Replikation zu erleichtern.
Neben der Polymerisation und der Exonukleaseaktivität hat die DNA-Polymerase noch weitere Funktionen:
V(D)J-Segment-Rekombination, Lückenfüllung, Antigendiversität, Aufrechterhaltung der Telomerlänge, DNA-Reparaturweg und somatische Hypermutation.
Wenn Sie mehr über die verschiedenen Arten von DNA-Polymerasen, ihre Funktion, ihren Wirkmechanismus und andere damit zusammenhängende Informationen erfahren möchten, lesen Sie unseren Artikel: Multifunktionale DNA-Polymerase.
RNA-Polymerase kurz und bündig:
Wie die DNA-Polymerase ist auch die RNA-Polymerase in allen lebenden Organismen vorhanden, funktioniert aber anders.
Sie synthetisiert während des Transkriptionsprozesses einzelsträngige RNA.
Sie benötigt ein Holoenzym, um richtig zu funktionieren, hat aber keine Korrekturleseaktivität. Daher ist die Fehlerquote der RNA-Polymerase viel höher als die der DNA-Polymerase.
Die RNA-Polymerase ist langsam, ineffizient und fügt 40 bis 50 Nukleotide pro Sekunde hinzu. Aber wie die DNA-Polymerase ist auch die RNA-Polymerase wichtig für eine Zelle.
Wenn sie nicht vorhanden ist, wie kann dann die mRNA synthetisiert werden? deshalb sollte man ihr den gleichen Respekt zollen wie der DNA-Polymerase. ?
Schlussfolgerung:
Im Jahr 1956 wurde die erste DNA-Polymerase von Arther Kornberg entdeckt. Beide Polymerasen sind wichtig für eine Zelle.
Fehler in der Funktion der Polymerase (entweder DNA-Polymerase oder RNA-Polymerase) führen zu einigen Abnormitäten. Diese Anomalien können schwerwiegende genetische Probleme verursachen.
Falsche Nukleotidaddition während der Replikation der Transkription führt zu einer abnormalen Polypeptidkette und damit zu einem abnormalen oder nicht funktionierenden Protein.