DNA a RNA polymerázy sú základnými enzýmami v oblasti molekulárnej biológie a hrajú zreteľnú, ale komplementárnu úlohu v procesoch replikácie DNA a génovej expresie. Ako popredný dodávateľ DNA polymerázy sa často pýtam na rozdiely medzi týmito dvoma rozhodujúcimi enzýmami. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do komplikácií DNA polymerázy a RNA polymerázy, ktorá zvýrazním ich jedinečné vlastnosti, funkcie a aplikácie.
Štruktúra
DNA polymeráza a RNA polymeráza sú enzýmy s viacerými podjednotkami, ale majú rôzne štrukturálne kompozície. DNA polymerázy prichádzajú v rôznych formách, ako je DNA polymeráza I, II a III v prokaryotoch a niekoľko typov v eukaryotoch. Tieto enzýmy majú zvyčajne katalytické jadro zodpovedné za pridávanie nukleotidov do rastúceho reťazca DNA. Niektoré DNA polymerázy majú tiež ďalšie podjednotky, ktoré prispievajú k funkciám, ako je korektúra, čo pomáha udržiavať presnosť replikácie DNA.
Na druhej strane sú RNA polymerázy veľké, komplexné enzýmy. Napríklad bakteriálna RNA polymeráza pozostáva z jadrového enzýmu zloženého z viacerých podjednotiek a sigma faktora, ktorý pomáha pri rozpoznávaní promótora. Eukaryotické RNA polymerázy sú ešte komplexnejšie, pričom RNA polymeráza I, II a III majú rôzne funkcie a podjednotkové kompozície. RNA polymeráza II, ktorá je zodpovedná za transkribovanie génov kódujúcich proteín, má veľké množstvo podjednotiek, ktoré sa podieľajú na rôznych aspektoch iniciácie, predĺženia a ukončenia transkripcie.
Funkcia a aktivita
Primárnou funkciou DNA polymerázy je replikácia DNA. Počas fázy S - fázy bunkového cyklu syntetizuje DNA polymeráza nový DNA vláknový doplnok k existujúcemu šablóne. Na začatie syntézy vyžaduje primér, ktorý je krátkym segmentom RNA alebo DNA. DNA polymeráza pridáva deoxyribonukleotidy (DNTPS) k 3 ' - hydroxylovému koncu priméru, čím sa rozširuje DNA reťazec v smere 5' až 3 '.
Naopak, RNA polymeráza sa podieľa na transkripcii, proces syntetizácie RNA z templátu DNA. Na začatie syntézy nevyžaduje základný náter. RNA polymeráza sa viaže na špecifickú DNA sekvenciu nazývanú promótor a lokálne si oddýchne DNA dvojitú špirálu. Potom pridáva ribonukleotidy (NTP) do rastúceho RNA reťazca v smere 5 'až 3'. Existujú tri hlavné typy RNA syntetizované RNA polymerázami: messenger RNA (mRNA), prenosová RNA (tRNA) a ribozomálna RNA (rRNA). MRNA nesie genetické informácie z DNA do ribozómu na syntézu proteínov, tRNA sa podieľa na translačnom procese prenášaním aminokyselín a rRNA je hlavnou zložkou ribozómov.
Špecifickosť a vernosť
DNA polymeráza má vysoký stupeň vernosti v replikácii DNA. Má korektúru, čo znamená, že dokáže rozpoznať a opraviť chyby (nezhodné nukleotidy), ktoré sa vyskytujú počas syntézy DNA. To je rozhodujúce pre udržanie integrity genetických informácií. Ak je začlenený nesprávny nukleotid, exonukleázová aktivita DNA polymerázy DNA môže odstrániť nesprávny nukleotid a nahradiť ju správnou.
RNA polymeráza má tiež určitú úroveň vernosti, ale je všeobecne nižšia ako hladina DNA polymerázy. Dôvodom je skutočnosť, že určitá úroveň chýb v syntéze RNA je tolerantnejšia, pretože sa zvyčajne vytvára viac kópií mRNA a jediná defektná molekula mRNA nemusí mať významný vplyv na celkovú funkciu bunky. Avšak RNA polymeráza má stále mechanizmy na zabezpečenie presnej transkripcie, ako je schopnosť spätne a korektné miskleotidy.
Spôsobilosť
Spracovnosť sa vzťahuje na schopnosť enzýmu katalyzovať po sebe nasledujúce reakcie bez disociácie zo šablóny. DNA polymerázy majú vo všeobecnosti vysokú procesnosť počas replikácie DNA. Napríklad DNA polymeráza III v E. coli môže do rastúceho reťazca DNA pridať tisíce nukleotidov bez oddelenia od šablóny. To je dôležité pre účinnú a rýchlu replikáciu DNA.
RNA polymerázy majú tiež určitú úroveň spracovateľnosti, ale môže sa meniť v závislosti od typu transkribovaného RNA a zapojených regulačných faktorov. Počas transkripcie dlhých génov musí RNA polymeráza udržať svoju súvislosť s templátom DNA na dokončenie syntézy molekuly RNA s plnou dĺžkou. Existujú však aj faktory, ktoré môžu spôsobiť, že RNA polymeráza sa zastaví alebo predčasne ukončí transkripciu.
Regulácia
Aktivity DNA polymerázy a RNA polymerázy sú pevne regulované. Aktivita DNA polymerázy je regulovaná počas bunkového cyklu. Začatie replikácie DNA sa starostlivo kontroluje, aby sa zabezpečilo, že DNA sa replikuje iba raz na bunkový cyklus. Do zostavy replikačného strojového zariadenia pri pôvode replikácie sú zapojené rôzne proteíny a regulačné faktory.
Aktivita RNA polymerázy je regulovaná na viacerých hladinách. Iniciácia transkripcie je vysoko regulovaný krok a môže byť ovplyvnená transkripčnými faktormi, ktoré sú proteínmi, ktoré sa viažu na špecifické DNA sekvencie a buď zvyšujú alebo inhibujú väzbu RNA polymerázy na promótor. Epigenetické modifikácie, ako je metylácia DNA a acetylácia histónu, môžu tiež ovplyvniť prístupnosť DNA na RNA polymerázu, a tak regulovať transkripciu.
Aplikácie v biotechnológii
Ako dodávateľ DNA polymerázy si dobre uvedomujem širokú škálu aplikácií týchto enzýmov v biotechnológii. DNA polymeráza sa používa v polymerázovej reťazovej reakcii (PCR), technike, ktorá umožňuje amplifikáciu špecifických DNA sekvencií. PCR revolúciu v molekulárnej biológii a používa sa v rôznych oblastiach vrátane diagnostiky, forenznej vedy a genetického výskumu. NášDNA polymeráza 2.0je enzým s vysokým výkonom, ktorý ponúka vysokú vernosť a účinnosť v aplikáciách PCR.
RNA polymeráza sa používa v transkripčných reakciách in vitro na syntézu molekúl RNA na rôzne účely, ako je štúdium štruktúry a funkcie RNA, produkovanie vakcín proti RNA a vykonávanie interferenčných experimentov RNA. Okrem toho sa pri syntéze antisense RNA používajú niektoré RNA polymerázy, ktorá sa môže použiť na reguláciu génovej expresie. Medzi ďalšie dôležité činidlá v súvisiacich procesoch patríSSB 2.0, čo pomáha pri stabilizácii jednej - uviaznutej DNA počas replikácie aGP41 proteín 2.0, ktorý sa podieľa na replikácii a rekombinácii DNA.
Záver
Záverom možno povedať, že DNA polymeráza a RNA polymeráza sú esenciálne enzýmy s odlišnými funkciami a charakteristikami. DNA polymeráza je rozhodujúca pre replikáciu DNA, čo zabezpečuje presnú duplikáciu genetického materiálu. RNA polymeráza je zodpovedná za transkripciu, ktorá je prvým krokom v génovej expresii. Pochopenie rozdielov medzi týmito dvoma enzýmami je dôležité nielen pre základný výskum molekulárnej biológie, ale aj pre rozvoj rôznych biotechnologických aplikácií.
Ak máte záujem o nákup vysokej kvality DNA polymerázy pre vaše výskumné alebo biotechnologické aplikácie, vyzývame vás, aby ste nás kontaktovali, aby ste sa dostali k podrobnej diskusii o vašich konkrétnych potrebách. Náš tím odborníkov je pripravený poskytnúť vám najlepšie riešenia a podporu.
Odkazy
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2002). Molekulárna biológia bunky (4. vydanie). Garland Science.
- Lodish, H., Berk, A., Matsudaira, P., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Zipursky, SL, & Darnell, J. (2004). Biológia molekulárnych buniek (5. vydanie). Whin Freeman.
- Watson, JD, Baker, TA, Bell, SP, Gann, A., Levine, M., & Losick, R. (2004). Molekulárna biológia génu (5. vydanie). Pearson Benjamin Cummings.