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Werkzeuge der Gentechnik

Polymerasen

Definition
Polymerasen sind Enzyme, die die Synthese von Nucleinsäuren katalysieren. Die Synthese erfolgt immer in 5'-3'- Richtung.
Abb.1
Polymerase 3 von E. coli

Polymerasen synthetisieren an einer DNA bzw. einer RNA-Matrize einen komplementären Einzelstrang. Dabei wird sukzessiv jeweils ein Desoxyribonuclein-triphosphat entsprechend der im Matrizenstrang komplementären Base (Watson-Crick-Basenpaarung) an das 3´-OH-Ende des zuvor eingebauten Nucleotids angelagert. Unter Abspaltung von Pyrophosphat wird dann eine Phosphodiester-Bindung zum vorhergehenden Nucleotid geknüpft.

Typen von DNA-Polymerasen

  • DNA-abhängige DNA-Polymerasen sind die Enzyme der Replikation, sie erstellen von einer DNA eine DNA-Kopie.
  • RNA-abhängige DNA-Polymerasen werden auch als reverse Transkriptasen bezeichnet. Diese Enzyme benutzen RNA als Matritze und erstellen davon eine DNA-Kopie.
  • DNA-abhängige RNA-Polymerasen synthetisieren von einer DNA eine RNA-Kopie. Diese Enzyme katalysieren die Synthese der mRNA bei der Transkription.

DNA- und RNA- abhängige-DNA-Polymerasen können keinen neuen Anfang eines Stranges machen, sie benötigen für die Synthese der komplementären Stränge immer ein bereits vorhandenes 5'-OH-Ende. Dieses Ende wird von kurzen RNA- Segmenten bereitgestellt, den so genannten Primern, die von Primasen synthetisiert werden werden. Diese Primer werden im später Laufe der Reaktion durch DNA- Sequenzen ersetzt. Bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) werden künstlich synthetisierte Oligonucleotide als Primer eingesetzt, die diese Aufgabe übernehmen.

Die Initiation der Transkription erfolgt durch die Bindung der DNA-abhängigen RNA-Polymerasen an den Promotor, der der Gensequenz als regulatives Element vorgelagert ist.

Polymerasen sind multifunktionelle Enzyme, die neben ihrer Polymerase-Aktivität auch noch verschiedene Exonuclease-Aktivitäten besitzen. Damit sind sie Teil eines Kontroll- und Korrektursystems, das während der Synthese falsch eingebaute Nucleotide entfernen kann (proofreading-Aktivität) und so die Mutationsrate durch Fehler bei der Replikation reduziert.

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