ポリメラーゼは、その機能は、核酸の複製および転写のプロセスに関連している酵素です。これらの酵素には、主にDNAポリメラーゼとRNAポリメラーゼの2つのタイプがあります。
DNAポリメラーゼは、複製プロセス中に新しいDNA鎖を合成し、新しいヌクレオチドを追加します。それらは大きく複雑な酵素であり、それらが真核生物または原核生物のどちらで見つかるかによって構造が異なります。
Taqポリメラーゼ：PCRで使用される酵素。
出典：Lijealso
同様に、RNAポリメラーゼはDNA転写中に作用し、RNA分子を合成します。DNAポリメラーゼと同様に、真核生物と原核生物の両方に存在し、その構造と複雑さはグループによって異なります。
進化論の観点から見ると、生命の発達に固有の要件の1つはゲノムの複製能力であるので、最初の酵素がポリメラーゼ活性を持っていたに違いないと考えるのはもっともらしいことです。
分子生物学の中心的な教義
分子生物学のいわゆる「ドグマ」は、複製、転写、翻訳という3つのステップでDNAに暗号化された遺伝子からのタンパク質の形成を説明しています。
このプロセスは、DNA分子の複製から始まり、2つのコピーが半保守的に生成されます。DNAからのメッセージは、メッセンジャーRNAと呼ばれるRNA分子に転写されます。最後に、メッセンジャーはリボソーム機構によってタンパク質に翻訳されます。
この記事では、前述の最初の2つのプロセスに関与する2つの重要な酵素について説明します。
中心的な教義には例外があることは注目に値します。多くの遺伝子はタンパク質に翻訳されず、情報の流れがRNAからDNAへと流れる場合があります（レトロウイルスなど）。
DNAポリメラーゼ
特徴
DNAポリメラーゼは、ゲノムの正確な複製に関与する酵素です。酵素の働きは、遺伝情報の維持と次世代への伝達を確実にするのに十分効率的でなければなりません。
ゲノムのサイズを考えると、これは非常に困難な作業です。たとえば、コンピューターで100ページの文書を転記するタスクを自分で設定した場合、各ページに1つのエラー（または集中度によってはそれ以上）が必ず発生します。
ポリメラーゼは毎秒700を超えるヌクレオチドを追加する可能性があり、10 9または10 10の組み込まれたヌクレオチドごとに異常であり、異常な数です。
ポリメラーゼには、ゲノムの情報を正確にコピーできるメカニズムが必要です。したがって、DNAを複製して修復する能力を持つさまざまなポリメラーゼがあります。
特徴と構造
DNAポリメラーゼは、5'-3 '方向に作用する酵素であり、末端に遊離の-OH基を持つヌクレオチドを追加することで作用します。
この機能の直接的な影響の1つは、ストランドの1つを不都合なく合成できることですが、3'-5 '方向に合成する必要のあるストランドはどうなりますか？
この鎖は、岡崎フラグメントとして知られているもので合成されます。したがって、小さなセグメントは法線方向5'-3 'で合成され、その後リガーゼと呼ばれる酵素によって結合されます。
構造的には、DNAポリメラーゼには、金属イオンを持つ2つの活性部位が共通しています。それらの中で、金属を調整するアスパラギン酸および他のアミノ酸残基を見つけます。
タイプ
伝統的に、原核生物では、ローマ数字で命名された3種類のポリメラーゼが識別されています：I、II、III。真核生物では、5つの酵素が認識されており、ギリシャ語のアルファベットの文字で名前が付けられています。つまり、α、β、γ、δ、εです。
最近の調査では、大腸菌で5種類のDNA、酵母で8種類、ヒトで15種類以上のDNAが特定されています。植物系統では、酵素はあまり研究されていません。ただし、モデル生物であるシロイヌナズナには約12種類の酵素が記載されています。
用途
分子生物学研究室で最も使用されている技術の1つは、PCRまたはポリメラーゼ連鎖反応です。この手順は、DNAポリメラーゼの重合能力を利用して、研究したいDNA分子を数桁増幅します。
言い換えれば、手順の最後には、何千ものターゲットDNAのコピーが存在することになります。それは科学研究、いくつかの病気の診断、または生態学にさえも適用できます。
RNAポリメラーゼ
特徴
RNAポリメラーゼは、DNAテンプレートから始まるRNA分子の生成を担当します。得られた転写産物は、テンプレートとして使用されたDNAセグメントを補完するコピーです。
メッセンジャーRNAは、リボソームに情報を運び、タンパク質を生成します。彼らはまた、他のタイプのRNAの合成に参加しています。
これは単独では機能できません。その機能を正常に実行するには、転写因子と呼ばれるタンパク質が必要です。
特徴と構造
RNAポリメラーゼは大きな酵素複合体です。それらは原核生物よりも真核生物の系統でより複雑です。
真核生物では、3種類のポリメラーゼがあります。それぞれ、リボソーム、メッセンジャー、トランスファーRNAの合成の中心的な機構であるPol I、II、IIIです。対照的に、原核生物では、それらの遺伝子はすべて単一のタイプのポリメラーゼによって処理されます。
DNAとRNAポリメラーゼの違い
どちらの酵素もDNAアニーリングを使用しますが、3つの重要な点で異なります。まず、DNAポリメラーゼは、複製を開始してヌクレオチドを接続するためにプライマーを必要とします。プライマーまたはプライマーは、いくつかのヌクレオチドで構成される分子であり、その配列はDNAの特定の部位に相補的です。
プライマーは、ポリメラーゼに遊離の-OHを与えて、触媒プロセスを開始します。対照的に、RNAポリメラーゼはプライマーを必要とせずに作業を開始できます。
第二に、DNAポリメラーゼはDNA分子上に複数の結合領域を持っています。RNAポリメラーゼは、遺伝子のプロモーター配列にのみ結合できます。
最後に、DNAポリメラーゼは高い忠実度でその働きをする酵素です。RNAポリメラーゼはより多くのエラーの影響を受けやすく、10 4ヌクレオチドごとに間違ったヌクレオチドが導入されます。
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