POLIMERAZ: ÖZELLIKLERI, YAPISI VE IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Polimerazlar , fonksiyonu replikasyonu ve nükleik asitlerin transkripsiyon süreçleri ile ilgilidir enzimlerdir. Bu enzimlerin iki ana türü vardır: DNA polimeraz ve RNA polimeraz.

DNA polimeraz, replikasyon işlemi sırasında yeni DNA zincirinin sentezlenmesinden ve yeni nükleotidlerin eklenmesinden sorumludur. Büyük, karmaşık enzimlerdir ve ökaryotik veya prokaryotik bir organizmada bulunmalarına bağlı olarak yapıları farklılık gösterir.

Taq polimeraz: PCR'de kullanılan enzim.
Kaynak: Lijealso

Benzer şekilde, RNA polimeraz, RNA molekülünü sentezleyerek DNA transkripsiyonu sırasında etki eder. DNA polimeraz gibi, hem ökaryotlarda hem de prokaryotlarda bulunur ve yapısı ve karmaşıklığı gruba bağlı olarak değişir.

Evrimsel bir perspektiften bakıldığında, ilk enzimlerin polimeraz aktivitesine sahip olması gerektiğini düşünmek akla yatkındır, çünkü yaşamın gelişimi için içsel gereksinimlerden biri genomun replikasyon kapasitesidir.

Moleküler biyolojinin temel dogması

Moleküler biyolojinin sözde "dogması", DNA'da şifrelenmiş genlerden proteinlerin oluşumunu üç adımda açıklar: kopyalama, transkripsiyon ve çeviri.

Süreç, DNA molekülünün iki kopyasının yarı koruyucu bir şekilde üretildiği kopyalanmasıyla başlar. DNA'dan gelen mesaj daha sonra haberci RNA adı verilen bir RNA molekülüne kopyalanır. Son olarak haberci, ribozomal mekanizma tarafından proteinlere çevrilir.

Bu yazıda, bahsedilen ilk iki işlemde yer alan iki önemli enzimi inceleyeceğiz.

Merkezi dogmanın istisnaları olduğunu belirtmekte fayda var. Pek çok gen proteinlere dönüştürülmez ve bazı durumlarda bilgi akışı RNA'dan DNA'ya doğrudur (retrovirüslerde olduğu gibi).

DNA polimeraz

Özellikleri

DNA polimeraz, genomun tam olarak kopyalanmasından sorumlu enzimdir. Enzimin çalışması, genetik bilginin sürdürülmesini ve sonraki nesillere aktarılmasını sağlayacak kadar verimli olmalıdır.

Genomun boyutunu düşünürsek, oldukça zor bir iştir. Örneğin, kendimize bilgisayarımızda 100 sayfalık bir belgeyi yazıya dönüştürme görevini koyarsak, her sayfa için kesinlikle bir hata (veya konsantrasyonumuza bağlı olarak daha fazla) olur.

Polimeraz fazla 700 nükleotit her saniye ekleyebilir ve sadece yanlış her 10 ⁹ ya da 10 ¹⁰ dahil nükleotid sıra dışı bir sayı.

Polimeraz, genom bilgisinin tam olarak kopyalanmasına izin veren mekanizmalara sahip olmalıdır. Bu nedenle, DNA'yı kopyalama ve onarma yeteneğine sahip farklı polimerazlar vardır.

Özellikleri ve yapısı

DNA polimeraz, 5'-3 'yönünde çalışan ve serbest -OH grubu ile uç uca nükleotidler ekleyerek çalışan bir enzimdir.

Bu özelliğin acil sonuçlarından biri, tellerden birinin herhangi bir rahatsızlık olmadan sentezlenebilmesidir, peki ya 3'-5 'yönünde sentezlenmesi gereken iplik?

Bu zincir, Okazaki fragmanları olarak bilinen şeyde sentezlenir. Böylece, küçük parçalar normal yönde, 5'-3 'sentezlenir ve bunlar daha sonra ligaz adı verilen bir enzimle birleştirilir.

Yapısal olarak, DNA polimerazlar, metal iyonları içeren iki ortak aktif bölgeye sahiptir. İçlerinde metalleri koordine eden aspartat ve diğer amino asit kalıntılarını buluyoruz.

Türleri

Geleneksel olarak, prokaryotlarda, Roma rakamlarıyla adlandırılan üç tip polimeraz tanımlanmıştır: I, II ve III. Ökaryotlarda beş enzim tanınır ve Yunan alfabesinin harfleriyle adlandırılır: α, β, γ, δ ve ε.

En son araştırmalar Escherichia coli'de beş, Saccharomyces cerevisiae mayasında 8 ve insanlarda 15'ten fazla DNA tespit etti. Bitki soyunda enzim daha az çalışılmıştır. Bununla birlikte, Arabidopsis thaliana model organizmada yaklaşık 12 enzim tanımlanmıştır.

Uygulamalar

Moleküler biyoloji laboratuvarlarında en çok kullanılan tekniklerden biri PCR veya polimeraz zincir reaksiyonudur. Bu prosedür, üzerinde çalışmak istediğimiz bir DNA molekülünü birkaç büyüklük sırasına göre büyütmek için DNA polimerazın polimerizasyon kapasitesinden yararlanır.

Başka bir deyişle, prosedürün sonunda hedef DNA'mızın binlerce kopyasına sahip olacağız.PCR'nin kullanımları çok çeşitlidir. Bilimsel araştırmalara, bazı hastalıkların teşhisine ve hatta ekolojiye uygulanabilir.

RNA polimeraz

Özellikleri

RNA polimeraz, bir DNA şablonundan başlayarak bir RNA molekülü oluşturmaktan sorumludur. Elde edilen transkript, şablon olarak kullanılan DNA segmentini tamamlayan bir kopyadır.

Messenger RNA, bir protein üretmek için ribozoma bilgi taşımaktan sorumludur. Ayrıca diğer RNA türlerinin sentezine de katılırlar.

Bu tek başına hareket edemez, işlevlerini başarıyla yerine getirebilmek için transkripsiyon faktörleri adı verilen proteinlere ihtiyaç duyar.

Özellikleri ve yapısı

RNA polimerazlar büyük enzim kompleksleridir. Ökaryotik soyda prokaryotiklere göre daha karmaşıktırlar.

Ökaryotlarda üç tip polimeraz vardır: Sırasıyla ribozomal, haberci ve transfer RNA'nın sentezi için merkezi mekanizma olan Pol I, II ve III. Bunun aksine, prokaryotlarda tüm genleri tek tip polimeraz tarafından işlenir.

DNA ve RNA polimeraz arasındaki farklar

Her iki enzim de DNA tavlamasını kullansa da, üç temel yoldan ayrılırlar. İlk olarak, DNA polimeraz, replikasyonu başlatmak ve nükleotitleri bağlamak için bir primer gerektirir. Bir primer veya primer, dizileri DNA'daki belirli bir bölgeye tamamlayıcı olan birkaç nükleotidden oluşan bir moleküldür.

Primer, katalitik sürecini başlatmak için polimeraza serbest bir –OH verir. Bunun tersine, RNA polimerazlar, bir primere ihtiyaç duymadan çalışmalarına başlayabilirler.

İkinci olarak, DNA polimeraz, DNA molekülü üzerinde birden fazla bağlanma bölgesine sahiptir. RNA polimeraz, yalnızca genlerin promoter dizilerine bağlanabilir.

Son olarak, DNA polimeraz, görevini yüksek sadakatle yapan bir enzimdir. RNA polimeraz, bir yanlış nükleotid her 10 sokulması, daha fazla hata duyarlı ⁴ nükleotidleri.

Referanslar

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Temel hücre biyolojisi. Garland Bilimi.
2. Cann, IK ve Ishino, Y. (1999). Archaeal DNA replikasyonu: bir bulmacayı çözmek için parçaları tanımlama. Genetik, 152 (4), 1249–67.
3. Cooper, GM ve Hausman, RE (2004). Hücre: Moleküler yaklaşım. Medicinska naklada.
4. Garcia-Diaz, M. ve Bebenek, K. (2007). DNA polimerazların çoklu fonksiyonları. Bitki bilimlerindeki eleştirel incelemeler, 26 (2), 105–122.
5. Lewin, B. (1975). Gen ifadesi. Talep Üzerine UMI Kitapları.
6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
7. Pierce, BA (2009). Genetik: Kavramsal bir yaklaşım. Panamerican Medical Ed.
8. Shcherbakova, PV, Bebenek, K. ve Kunkel, TA (2003). Ökaryotik DNA polimerazların işlevleri. Science's SAGE KE, 2003 (8), 3.
9. Steitz, TA (1999). DNA polimerazlar: yapısal çeşitlilik ve ortak mekanizmalar. Biyolojik Kimya Dergisi, 274 (25), 17395-17398.
10. Wu, S., Beard, WA, Pedersen, LG ve Wilson, SH (2013). DNA polimeraz mimarisinin yapısal karşılaştırması, polimeraz aktif bölgeye bir nükleotid ağ geçidi önerir. Chemical Reviews, 114 (5), 2759–74.