Comparthing Logo
genetikamolekulinė biologijafermentaibiochemija

RNR polimerazė ir DNR polimerazė

Šiame išsamiame palyginime nagrinėjami esminiai RNR ir DNR polimerazių, pagrindinių fermentų, atsakingų už genetinę replikaciją ir raišką, skirtumai. Nors abi katalizuoja polinukleotidų grandinių formavimąsi, jos labai skiriasi savo struktūriniais reikalavimais, klaidų taisymo galimybėmis ir biologiniais vaidmenimis centrinėje ląstelės dogmoje.

Akcentai

  • RNR polimerazė sintetina RNR de novo, nereikalaudama pradmens.
  • DNR polimerazei reikalingas pradmuo, tačiau ji pasižymi geresniu korektūros lygiu ir didele tikslumu.
  • RNR polimerazės galutinis produktas yra viengrandis, o DNR polimerazė sukuria dvigubą spiralę.
  • RNR polimerazė turi vidinių DNR išvyniojimo galimybių, kurių DNR polimerazė neturi.

Kas yra RNR polimerazė?

Fermentas, atsakingas už DNR transkripciją į įvairių tipų RNR molekules genų ekspresijos metu.

  • Pagrindinė funkcija: RNR transkripcija
  • Substratas: ribonukleozidų trifosfatai (NTP)
  • Grunto reikalavimas: nėra (de novo sintezė)
  • Pagrindiniai tipai: Pol I, Pol II ir Pol III (eukariotuose)
  • Produktas: Viengrandė RNR

Kas yra DNR polimerazė?

Fermentas, kurio užduotis – replikuoti ląstelės genomą, siekiant užtikrinti tikslų genetinį paveldėjimą dalijimosi metu.

  • Pagrindinė funkcija: DNR replikacija ir taisymas
  • Substratas: deoksiribonukleozidų trifosfatai (dNTP)
  • Grunto reikalavimas: Reikalingas RNR arba DNR pradmuo
  • Pagrindiniai tipai: Pol I, II, III, IV ir V (prokariotuose)
  • Produktas: Dvigrandė DNR

Palyginimo lentelė

FunkcijaRNR polimerazėDNR polimerazė
Biologinis procesasTranskripcijaReplikacija
Naudotas šablonasDvigrandė DNRViengrandė DNR
Reikalingas gruntasNeTaip
Korektūros gebėjimaiMinimalus/ribotasPlatus (3–5' egzonukleazė)
Cukrus produkteRibozėDeoksiribozė
Atsipalaidavimo veiklaĮgimtas helikazę primenantis gebėjimasReikalingas atskiras helikazės fermentas
Klaidų dažnis1 iš 10 000 nukleotidų1 iš 1 000 000 000 nukleotidų
Galutinio produkto struktūraViena polinukleotidų grandinėDviguba spiralė

Išsamus palyginimas

Inicijavimo ir pradmenų reikalavimai

Pagrindinis skirtumas yra tai, kaip šie fermentai pradeda sintezę. RNR polimerazė gali inicijuoti naujos grandinės kūrimąsi nuo nulio, kai tik prisijungia prie promotoriaus sekos. Priešingai, DNR polimerazė negali pradėti grandinės ir jai reikalingas jau esamas pradmuo su laisva 3'-OH grupe, kad būtų galima pridėti pirmąjį nukleotidą.

Tikslumas ir korektūra

DNR polimerazė išlaiko viso genomo vientisumą, todėl dėl integruotų korektūros mechanizmų pasiekiamas neįtikėtinai mažas klaidų dažnis. RNR polimerazei trūksta šio didelio tikslumo egzonukleazės aktyvumo, todėl mutacijų dažnis yra žymiai didesnis. Tačiau kadangi RNR yra laikina ir nepaveldima, šios klaidos organizmui paprastai yra mažiau žalingos.

Struktūrinės išvyniojimo funkcijos

Transkripcijos metu RNR polimerazė veikia kaip savarankiškas mechanizmas, galintis pati išskleisti DNR dvigubą spiralę, kad pasiektų šabloną. DNR polimerazė labiau priklauso nuo baltymų komplekso, jai konkrečiai reikia, kad fermentas helikazė nutrauktų vandenilinius ryšius ir atidarytų priešais esančią replikacijos šakutę.

Substrato specifiškumas

Šie fermentai yra labai selektyvūs savo naudojamų struktūrinių blokų atžvilgiu. RNR polimerazė įjungia ribonukleotidus, kuriuose yra ribozės cukrus ir uracilo bazė. DNR polimerazė specifiškai atrenka deoksiribonukleotidus, kuriuose vietoj uracilo yra deoksiribozės cukrus ir timinas.

Privalumai ir trūkumai

RNR polimerazė

Privalumai

  • +Nepriklausoma inicijavimas
  • +Greita transkripcija
  • +Vidinis DNR atsipalaidavimas
  • +Keli RNR tipai

Pasirinkta

  • −Didesnis klaidų lygis
  • −Trūksta patikimos korektūros
  • −Mažesnis stabilumas
  • −Trumpalaikiai produktai

DNR polimerazė

Privalumai

  • +Ypatingas tikslumas
  • +Tvirtas korektūros skaitymas
  • +Nuolatinis genetinis saugojimas
  • +Didelis procesingo našumas

Pasirinkta

  • −Reikalingas gruntas
  • −Reikalingi pagalbiniai fermentai
  • −Lėtesnė inicijacija
  • −Sudėtingi remonto būdai

Dažni klaidingi įsitikinimai

Mitas

RNR polimerazė ir DNR polimerazė veikia tuo pačiu greičiu.

Realybė

Daugumoje organizmų DNR polimerazė yra žymiai greitesnė – bakterijose ji juda maždaug 1000 nukleotidų per sekundę greičiu, o RNR polimerazė vidutiniškai juda 40–80 nukleotidų per sekundę greičiu. Šis skirtumas atspindi didžiulį viso genomo replikacijos mastą, palyginti su specifinių genų transkribavimu.

Mitas

Visose ląstelėse yra tik vieno tipo RNR polimerazė.

Realybė

Nors bakterijos paprastai turi vieną daugiasubvienetinę RNR polimerazę, eukariotai turi bent tris skirtingus tipus. Kiekviena eukariotinė RNR polimerazė specializuojasi skirtingoms užduotims, tokioms kaip ribosominės RNR, informacinės RNR arba pernašos RNR sintezė.

Mitas

DNR polimerazė gali ištaisyti klaidas tik replikacijos metu.

Realybė

Įvairios specializuotos DNR polimerazės egzistuoja tik tam, kad atkurtų žalą per visą ląstelės gyvavimo laiką. Šie fermentai gali užpildyti UV spindulių ar cheminių medžiagų poveikio atsiradusias spragas, veikdami nepriklausomai nuo pagrindinio replikacijos ciklo.

Mitas

RNR polimerazė gamina dvigrandes RNR.

Realybė

RNR polimerazė specialiai sukuria viengrandes molekules, nuskaitydama tik vieną iš dviejų DNR šablono grandinių. Nors kai kurios RNR gali sulankstyti save ir sudaryti vietines dvigrandes struktūras, pagrindinis rezultatas yra viena polinukleotidų grandinė.

Dažnai užduodami klausimai

Ar DNR polimerazė gali pradėti naują grandinę be pagalbos?
Ne, DNR polimerazė negali pati pradėti sintezės, nes jai reikalinga jau esama 3'-OH grupė, kad prisijungtų prie gaunamo nukleotido. Gamtoje fermentas, vadinamas primaze, sukuria trumpą RNR pradmenį, kuris yra šio atspirties taškas. Kai pradmuo yra savo vietoje, DNR polimerazė gali pradėti ilginti grandinę.
Kuris fermentas yra tikslesnis ir kodėl?
DNR polimerazė yra daug tikslesnė, jos klaidų dažnis yra maždaug 100 000 kartų mažesnis nei RNR polimerazės. Šis didelis tikslumas pasiekiamas dėl jos 3'–5' egzonukleazės aktyvumo, kuris leidžia jai „grįžti atgal“ ir pašalinti neteisingai suporuotas bazes. RNR polimerazei trūksta šios griežtos korektūros, nes kelios klaidingos RNR molekulės yra mažiau katastrofiškos nei nuolatinė genomo mutacija.
Ar RNR polimerazei reikia helikazės, kad atidarytų DNR?
Skirtingai nuo DNR polimerazės, RNR polimerazei nereikia atskiro helikazės fermento, kad atidarytų DNR spiralę. Ji turi vidinį mechanizmą, kuris leidžia jai išvynioti DNR šabloną, jam judant genu. Taip susidaro vadinamieji transkripcijos burbulai, kurie keliauja kartu su fermentu.
Kas nutinka, jei RNR polimerazė padaro klaidą?
Jei transkripcijos metu įvyksta klaida, susidaro klaidinga RNR molekulė ir galbūt neveikiantis baltymas. Tačiau kadangi vienas genas yra transkribuojamas daug kartų, ląstelėje paprastai yra daug kitų teisingų baltymo kopijų. Defektyvi RNR galiausiai suyra, todėl klaida netampa nuolatine organizmo genetinio kodo dalimi.
Kodėl DNR polimerazė naudoja timiną, o RNR polimerazė – uracilą?
Timino naudojimas DNR yra evoliucinė apsauga nuo mutacijų. Citozinas gali savaime dezaminuotis į uracilą; jei DNR natūraliai naudotų uracilą, ląstelė negalėtų pasakyti, ar ten turėtų būti uracilo bazė, ar tai pažeistas citozinas. Naudodama timiną DNR, ląstelė gali lengvai atpažinti ir pataisyti bet kokį atsiradusį uracilą, išsaugodama genetinį vientisumą.
Kokie yra trys eukariotinių RNR polimerazių tipai?
Eukariotai naudoja RNR polimerazę I daugumai ribosominių RNR (rRNR), RNR polimerazę II – informacinei RNR (mRNR) ir kai kurioms mažoms RNR, o RNR polimerazę III – pernašos RNR (tRNR) ir kitoms mažoms struktūrinėms RNR. Kiekvienas fermentas atpažįsta specifines promotoriaus sekas ir jam veikti reikalingi skirtingi transkripcijos faktoriai. Ši specializacija leidžia sudėtingiau reguliuoti genų raišką.
Ar RNR polimerazė gali judėti abiem kryptimis?
Ne, tiek RNR, tiek DNR polimerazės yra griežtai vienakryptės, sintetindamos naujas grandines tik 5'–3' kryptimi. Tai reiškia, kad jos skaito šabloninę grandinę 3'–5' kryptimi. Šis krypties apribojimas atsiranda dėl cheminio reakcijos mechanizmo, kuriam reikalinga, kad esamos grandinės 3' hidroksilo grupė atakuotų įeinančio nukleotido fosfato grupę.
Ar DNR polimerazė dalyvauja transkripcijoje?
Ne, DNR polimerazė dalyvauja tik DNR replikacijoje ir DNR taisyme. Ji nedalyvauja transkripcijos procese, kuris yra RNR polimerazės sritis. Šie du fermentai skiriasi savo struktūra ir gebėjimu atpažinti skirtingus starto signalus DNR molekulėje.
Kaip šie fermentai žino, nuo ko pradėti?
RNR polimerazė identifikuoja specifines DNR sekas, vadinamas promotoriais, kurios signalizuoja geno pradžią. Tačiau DNR polimerazė prasideda specifinėse vietose, vadinamose „replikacijos pradžios taškais“. Nors RNR polimerazė randa savo pradžios tašką transkripcijos faktorių pagalba, DNR polimerazė turi palaukti, kol primazė nuleis pradmenį replikacijos šakutėje.
Koks fermentas naudojamas PGR (polimerazės grandininėje reakcijoje)?
PGR naudoja DNR polimerazę, tiksliau, karščiui atsparią jos versiją, tokią kaip Taq polimerazė, išgautą iš termofilinių bakterijų. Tai leidžia fermentui išgyventi aukštą temperatūrą, reikalingą DNR grandinėms denatūruoti ciklo proceso metu. RNR polimerazė nenaudojama standartinėje PGR, nors ji naudojama kituose metoduose, tokiuose kaip in vitro transkripcija.

Nuosprendis

Tirdami genų raiškos ir baltymų sintezės kelius, rinkitės RNR polimerazę. Analizuodami ląstelių dalijimosi mechanizmus, paveldimumą ir ilgalaikį genetinį stabilumą, rinkitės DNR polimerazę.

Susiję palyginimai

Aerobinis ir anaerobinis

Šiame palyginime išsamiai aprašomi du pagrindiniai ląstelių kvėpavimo keliai, priešpriešinant aerobinius procesus, kuriems maksimaliam energijos kiekiui gauti reikalingas deguonis, su anaerobiniais procesais, vykstančiais deguonies stokojančioje aplinkoje. Šių medžiagų apykaitos strategijų supratimas yra labai svarbus norint suprasti, kaip skirtingi organizmai ir net skirtingos žmogaus raumenų skaidulos skatina biologines funkcijas.

Antigenas ir antikūnas

Šis palyginimas paaiškina ryšį tarp antigenų – molekulinių signalizuojančių apie svetimkūnių buvimą – ir antikūnų – specializuotų baltymų, kuriuos imuninė sistema gamina jiems neutralizuoti. Šios „rakto ir spynos“ sąveikos supratimas yra esminis dalykas norint suprasti, kaip organizmas atpažįsta grėsmes ir sukuria ilgalaikį imunitetą per sąlytį ar skiepijimąsi.

Apdulkinimas ir tręšimas

Šiame palyginime nagrinėjami skirtingi apdulkinimo ir apvaisinimo biologiniai vaidmenys augalų dauginime. Nors apdulkinimas apima fizinį žiedadulkių perdavimą tarp reprodukcinių organų, apvaisinimas yra vėlesnis ląstelinis įvykis, kai genetinė medžiaga susilieja ir sukuria naują organizmą, pažymėdama du esminius, tačiau atskirus augalo gyvenimo ciklo etapus.

Arterijos ir venos

Šiame palyginime išsamiai aprašomi arterijų ir venų, dviejų pagrindinių žmogaus kraujotakos sistemos kanalų, struktūriniai ir funkciniai skirtumai. Nors arterijos yra skirtos apdoroti aukšto slėgio deguonies prisotintą kraują, tekantį iš širdies, venos specializuojasi deguonies neturinčio kraujo grąžinimui esant žemam slėgiui, naudodamos vienkrypčių vožtuvų sistemą.

Autotrofas ir heterotrofas

Šiame palyginime nagrinėjamas esminis biologinis skirtumas tarp autotrofų, kurie gamina savo maistines medžiagas iš neorganinių šaltinių, ir heterotrofų, kurie energijai gauti turi vartoti kitus organizmus. Šių vaidmenų supratimas yra būtinas norint suprasti, kaip energija teka per pasaulio ekosistemas ir palaiko gyvybę Žemėje.