Nøgleforskel – DNA-polymerase 1 vs 2 vs 3
DNA-polymerase er en speciel gruppe af enzymer, som er involveret i DNA-replikation af levende organismer. Genetisk information overføres fra en generation til den næste generation på grund af tilstedeværelsen af dette enzym. Der findes forskellige former for DNA-polymeraseenzym i eukaryoter og prokaryoter. DNA-polymerase 1, 2 og 3 findes kun i prokaryote organismer, og de spiller forskellige roller i DNA-replikation. Nøgleforskellen mellem DNA-polymerase 1 2 og 3 afhænger hovedsageligt af hvert enzyms primære funktion. DNA-polymerase 3 er det vigtigste enzym, der katalyserer DNA-syntesen, mens DNA-polymerase 1 og 2 er involveret i DNA-reparation og korrekturlæsning.
Hvad er DNA-polymerase?
DNA-duplikering er et must for at videregive genetisk information fra forælder til afkom. Dette lettes af et særligt enzym kaldet DNA-polymerase. DNA-polymerase kan defineres som et allestedsnærværende enzym, der katalyserer syntesen af DNA, der er komplementært til det eksisterende DNA i levende celler. Det blev først opdaget i E coli af Arthur Kornberg i 1955. DNA-replikation og vedligeholdelse er hovedsageligt styret af DNA-polymeraser i cellen. Opdagelsen af DNA-polymeraser hjalp mange teknikker inden for molekylærbiologi. Det er det enzym, der kræves for at syntetisere nye DNA-strenge, der ligner organismernes oprindelige DNA fra nukleotider under mange molekylærbiologiske teknikker, herunder PCR, genkloning, gensekventering, sygdomsdiagnose, genterapi, polymorfianalyse osv.
DNA-polymeraser findes i flere former, der adskiller sig fra form og størrelse. De tilhører flere familier: A, B, C, D, X, Y og RT. Prokaryote DNA-polymeraser er grupperet i fem forskellige kategorier, nemlig DNA-polymerase 1, DNA-polymerase 2, DNA-polymerase 3, DNA-polymerase 4 og DNA-polymerase 5. Eukaryote organismer har cirka femten forskellige DNA-polymeraser, nemlig polymerase β, λ, σ, μ, α, δ, ε, η, ι, κ, Rev1, ζ, γ, θ og ν.
Figur 01: DNA-polymerase
Når der syntetiseres nyt DNA med DNA-polymerase, starter det fra 3'-enden og dirigerer syntesen mod 5'-enden ved at tilføje nukleotider ad gangen, komplementært til template-DNA'et. DNA-polymerase har brug for en allerede eksisterende 3' OH-gruppe for at starte kædesyntesen og lettes af det lille DNA- eller RNA-fragment kaldet primer. DNA-polymerase aflæser skabelon-DNA'et og bevæger sig fra 3'-enden til 5'-enden og danner en ny 5'-3' DNA-streng.
Hvad er DNA-polymerase 1?
DNA-polymerase 1 (Pol 1) er et enzym, der findes i prokaryoter, som hjælper med bakteriel DNA-replikation. Det er den første type DNA-polymerase opdaget af Arthur Kornberg i 1956. Dette enzym er til stede i alle prokaryote organismer. Pol 1 er kodet af genet polA og er sammensat af 928 aminosyrer. Det har en 5' til 3' exonukleaseaktivitet; derfor er det populært som et DNA-reparationsenzym snarere end et DNA-replikerende enzym. Den har også evnen til at katalysere flere polymerisationer før frigivelse af template-DNA'et og forbinde Okazaki-fragmenter sammen ved at fylde nyt DNA og fjerne RNA-primere.
Pol 1 isoleret fra E Coli blev i vid udstrækning brugt i molekylære applikationer. Men når Taq Polymerase blev opdaget, erstattede den E Coli Pol 1 i PCR-teknologi. Taq-polymerase er en slags termostabil DNA-polymerase, der tilhører Pol 1.
Figur 02: DNA-polymerase 1
Hvad er DNA-polymerase 2?
DNA-polymerase 2 (Pol 2) er et prokaryot enzym, som katalyserer DNA-replikationen. Det tilhører polymerase B-familien og er kodet af gen polB. Det blev først opdaget fra E Coli af Thomas Kornberg i 1970. Pol 2 er et kugleformet protein sammensat af 783 aminosyrer. Det har både 3' til 5' exonukleaseaktivitet og 5' til 3' polymeraseaktivitet. Det interagerer med DNA-polymerase 3-enzymer for at opretholde troskaben og processiviteten af DNA-replikation. Pol 2 har også evnen til at korrekturlæse det nyligt syntetiserede DNA for nøjagtighed.
Figur 03: DNA-polymerase 2
Hvad er DNA-polymerase 3?
DNA-polymerase 3 (Pol 3) er det vigtigste enzym, som katalyserer DNA-replikationen i prokaryoter. Det tilhører familien C polymerase og er kodet af genet polC. Det blev opdaget af Thomas Kornberg i 1970. Pol 3 er en komponent i replikationsgaffel og kan tilføje 1000 nukleotider i sekundet til den nyligt polymeriserende DNA-streng.
Pol 3 er et holoenzym sammensat af ti forskellige proteiner og har tre funktionelle molekyler, nemlig α, ε og θ. Tre funktionelle molekyler af Pol 3 er separat ansvarlige for tre handlinger af enzymet. α-underenheden styrer polymerisationen af DNA, mens ε styrer exonuklease-korrekturlæsningsaktiviteten af pol 3-enzymet. θ-underenheden hjælper ε-underenheden til korrekturlæsning.
Figur 04: Underenheder af DNA-polymerase 3
Hvad er forskellen mellem DNA-polymerase 1 og 2 og 3?
DNA Polymerase 1 vs 2 vs 3 |
|
| Polymerase 1 | Polymerase 1 er sammensat af 928 aminosyrer. |
| Polymerase 2 | Polymerase 2 er sammensat af 783 aminosyrer. |
| Polymerase 3 | Polymerase 3 er et holoenzym sammensat af ti proteiner arrangeret i tre funktionelle underenheder. |
| Familie | |
| Polymerase 1 | Polymerase 1 tilhører polymerasefamilie A. |
| Polymerase 2 | Polymerase 2 tilhører polymerasefamilie B. |
| Polymerase 3 | Polymerase 3 tilhører polymerasefamilien C. |
| Hovedfunktion | |
| Polymerase 1 | Dette er ansvarligt for DNA-reparation og fjernelse af RNA-primere. |
| Polymerase 2 | Dette er ansvarligt for korrekturlæsning, troskab og processivitet af nydannet DNA |
| Polymerase 3 | Dette er ansvarligt for DNA-polymerisering |
Opsummering – DNA-polymerase 1 vs 2 vs 3
DNA-polymerase er en vigtig enzymklasse, der findes i alle levende organismer. Hovedfunktionen af DNA-polymerase er DNA-replikation. Det er i stand til at samle nukleotider og syntetisere nyt komplementært DNA til eksisterende DNA. Dette enzym findes i forskellige former, der varierer fra form og størrelse. DNA-polymerase 1, 2 og 3 er prokaryote DNA-polymeraser involveret i DNA-replikation. Pol 1 katalyserer reparationen af DNA-skader. Pol 2 katalyserer troskaben og processiviteten af DNA-replikation. Pol 3 katalyserer 5' til 3' DNA-polymerisation.
