البلمرة: الخصائص والبنية والوظائف

البوليميرات هي إنزيمات ترتبط وظيفتها بعمليات النسخ والنسخ للأحماض النووية. هناك نوعان أساسيان من هذه الأنزيمات: بوليميريز الحمض النووي وبوليمريز الحمض النووي الريبي.

إن بوليميريز الحمض النووي مسؤول عن تصنيع سلسلة الحمض النووي الجديدة أثناء عملية النسخ المتماثل ، بإضافة نيوكليوتيدات جديدة. إنها إنزيمات كبيرة ومعقدة ، وتختلف في التركيب اعتمادًا على ما إذا كانت موجودة في كائن حقيقي النواة أو بدائية النواة.

بالطريقة نفسها ، يعمل بوليميريز الحمض النووي الريبي أثناء نسخ الحمض النووي ، ويقوم بتوليف جزيء الحمض النووي الريبي. مثل بوليميريز الحمض النووي ، يوجد في كل من حقيقيات النوى وبدائيات النوى ويختلف هيكلها وتعقيدها حسب المجموعة.

من المنظور التطوري ، من المعقول أن نعتقد أن الإنزيمات الأولى يجب أن يكون لها نشاط البلمرة ، لأن أحد المتطلبات الجوهرية لتطوير الحياة هو قدرة تكرار الجينوم.

العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية

تصف ما يسمى "عقيدة" البيولوجيا الجزيئية تكوين البروتينات من الجينات المشفرة في الحمض النووي في ثلاث خطوات: النسخ المتماثل والنسخ والترجمة.

تبدأ العملية بتكرار جزيء الحمض النووي ، حيث يتم إنشاء نسختين منه بطريقة شبه محافظة. بعد ذلك ، يتم نقل رسالة الحمض النووي إلى جزيء الحمض النووي الريبي ، المسمى messenger RNA. أخيرًا ، يتم ترجمة الرسول إلى بروتينات بواسطة آلية الريبوسوم.

في هذه المقالة ، سوف نستكشف اثنين من الإنزيمات الأساسية المشاركة في العمليتين الأوليين المذكورة.

تجدر الإشارة إلى أن هناك استثناءات للعقيدة المركزية. لا تتم ترجمة العديد من الجينات إلى بروتينات ، وفي بعض الحالات يكون تدفق المعلومات من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي (كما هو الحال في الفيروسات القهقرية).

بوليميريز الحمض النووي

وظائف

إن بوليميريز الحمض النووي هو الإنزيم المسؤول عن التكرار الدقيق للجينوم. يجب أن يكون عمل الإنزيم فعالًا بدرجة كافية لضمان الحفاظ على المعلومات الوراثية ونقلها إلى الأجيال القادمة.

إذا أخذنا في الاعتبار حجم الجينوم ، فهي مهمة صعبة إلى حد ما. على سبيل المثال ، إذا نظرنا في مهمة نسخ مستند من 100 صفحة إلى جهاز الكمبيوتر الخاص بنا ، فسنواجه بالتأكيد خطأ (أو أكثر ، حسب تركيزنا) لكل صفحة.

يمكن أن يضيف البوليميريز أكثر من 700 نيوكليوتيدات كل ثانية ، ويخطئ فقط كل 109 أو 1010 نيوكليوتيدات مدمجة ، وهو رقم غير عادي.

يجب أن يكون للبوليميريز آليات تسمح بالنسخ الدقيق لمعلومات الجينوم. لذلك ، هناك البوليميرات المختلفة التي لديها القدرة على تكرار وإصلاح الحمض النووي.

الخصائص والهيكل

بوليميريز الحمض النووي في إنزيم يعمل في اتجاه 5 '- 3' ، ويعمل عن طريق إضافة النيوكليوتيدات إلى الطرف الطرفي مع مجموعة -OH المجانية.

أحد العواقب المباشرة لهذه الميزة هو أنه يمكن تصنيع أحد السلاسل دون أي إزعاج ، ولكن ماذا عن الخيط الذي يحتاج إلى توليفه في الاتجاه 3'-5 '؟

يتم تصنيع هذه السلسلة في ما يعرف بشظايا أوكازاكي. وبالتالي ، يتم تصنيع الأجزاء الصغيرة في الاتجاه الطبيعي ، 5'-3 '، والتي يتم ربطها لاحقًا بإنزيم يسمى ligase.

من الناحية الهيكلية ، تشترك بوليميرات الدنا في اثنين من المواقع النشطة التي لها أيونات معدنية. في نفوسهم نجد الأسبارتات وغيرها من بقايا الأحماض الأمينية التي تنسق المعادن.

نوع

تقليديا ، تم التعرف على ثلاثة أنواع من البوليميرات في بدائيات النوى ، والتي تسمى الأرقام الرومانية: الأول والثاني والثالث. في حقيقيات النوى ، يتم التعرف على خمسة إنزيمات محددة بأحرف الأبجدية اليونانية ، وهي: α و β و γ و δ و ε.

وقد حددت أحدث التحقيقات خمسة أنواع من الحمض النووي في الإشريكية القولونية ، و 8 في الساكروميسيس سيريفيسيا غسل ، وأكثر من 15 في البشر. في سلالة النبات ، كان الانزيم أقل دراسة. ومع ذلك ، تم وصف حوالي 12 إنزيمًا في كائن نموذج أرابيدوبسيس ثاليانا .

تطبيقات

واحدة من أكثر التقنيات المستخدمة في مختبرات البيولوجيا الجزيئية هي تفاعل PCR أو سلسلة البلمرة. يستفيد هذا الإجراء من قدرة بلمرة DNA DNA البلمرة لتضخيم جزيء DNA الذي نرغب في دراسته ، في عدة أوامر من حيث الحجم.

بمعنى آخر ، في نهاية الإجراء ، سيكون لدينا الآلاف من نسخ الحمض النووي الأبيض الخاص بنا. يمكن تطبيقه على البحث العلمي ، لتشخيص بعض الأمراض أو حتى في البيئة.

بوليميريز الحمض النووي الريبي

وظائف

بوليميريز الحمض النووي الريبي مسؤول عن توليد جزيء الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي. النص الناتج هو نسخة تكمل شريحة الحمض النووي التي تم استخدامها كقالب.

يتحمّل messenger RNA نقل المعلومات إلى الريبوسوم ، لإنتاج بروتين. كما يشاركون في تخليق أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي.

لا يمكن أن تعمل بمفردها ، فهي تحتاج إلى بروتينات تسمى عوامل النسخ لتكون قادرة على تنفيذ وظائفها بنجاح.

الخصائص والهيكل

بوليميرات RNA عبارة عن مجمعات إنزيمية كبيرة. فهي أكثر تعقيدًا في سلالة حقيقيات النواة أكثر من سلالة بدائيات النوى.

في حقيقيات النوى ، هناك ثلاثة أنواع من البوليميرات: Pol I و II و III ، وهي الآلية المركزية لتوليف الريبوسوم والرسول ونقل الحمض النووي الريبي على التوالي. في المقابل ، في بدائيات النوى ، تتم معالجة جميع جيناتها بنوع واحد من البلمرة.

الاختلافات بين الحمض النووي و بوليميريز الحمض النووي الريبي

على الرغم من أن كلا الإنزيمين يستخدمان صلابة DNA ، إلا أنهما يختلفان في ثلاثة جوانب رئيسية. أولاً ، يحتاج بوليميريز الحمض النووي إلى تمهيد لبدء التكرار وتحقيق اتصال النوكليوتيدات. التمهيدي أو التمهيدي هو جزيء يتكون من عدد قليل من النيوكليوتيدات ، والذي يكون تسلسله مكملاً لموقع معين في الحمض النووي.

يعطي التمهيدي -OH مجانيًا للبوليميريز لبدء عملية التحفيز. في المقابل ، يمكن أن تبدأ polymerases RNA في عملها دون الحاجة إلى جهاز تمهيدي .

ثانياً ، يحتوي بوليميريز الحمض النووي على مناطق متعددة من الارتباط بجزيء الحمض النووي. يمكن أن يرتبط فقط بوليميريز الحمض النووي الريبي بتسلسل المروج للجينات.

أخيرًا ، إن بوليميريز الحمض النووي عبارة عن إنزيم يؤدي عمله بدقة عالية. إن بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) عرضة لمزيد من الأخطاء ، حيث يقدم نيوكليوتيد خاطئ لكل 104 نيوكليوتيدات.