Hauptunterschied – DNA vs. RNA-Polymerase

DNA ist das genetische Material fast aller lebenden Organismen. DNA-Polymerase und RNA-Polymerase sind zwei Enzyme, die auf DNA wirken. DNA-Polymerase ist das Enzym, das bei der DNA-Replikation verwendet wird, während RNA-Polymerase das Enzym ist, das bei der Transkription verwendet wird. Beide Enzyme sind in der Lage, Phosphodiesterbindungen zwischen Nukleotiden zu bilden. Die Polymerisationsrichtung erfolgt in 5’ bis 3’. DNA-Polymerase erfordert einen Primer für die Initiierung der Polymerisation, während RNA-Polymerasen keinen Primer benötigen. Die Hauptunterschied zwischen DNA- und RNA-Polymerase ist das DNA-Polymerase produziert während der Polymerisation ein doppelsträngiges DNA-Molekül, während RNA-Polymerase während der Transkription ein einzelsträngiges RNA-Molekül produziert.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was ist DNA-Polymerase? – Definition, DNA-Replikation, Prozess 2. Was ist RNA-Polymerase? – Definition, Transkription, Prozess 3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen DNA- und RNA-Polymerase? – Überblick über die gemeinsamen Funktionen 4. Was ist der Unterschied zwischen DNA- und RNA-Polymerase? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: DNA, DNA-Polymerase, DNA-Replikation, RNA, RNA-Polymerase, Transkription

Was ist DNA-Polymerase?

DNA-Polymerase ist das Enzym, das aus den DNA-Nukleotiden in einem als DNA-Replikation bezeichneten Prozess neue DNA-Moleküle synthetisiert. Die DNA-Replikation findet in der S-Phase der Interphase vor der Kernteilung statt. Es handelt sich um eine Art der matrizengerichteten DNA-Synthese, da die neuen Nukleotide mit den vorhandenen Nukleotiden des Matrizenstrangs komplementär basengepaart sind. Die DNA-Replikation ist ebenfalls ein halbkonservativer Prozess, bei dem beide Stränge der doppelsträngigen DNA gleichzeitig aber in entgegengesetzter Richtung als Matrizen für die DNA-Replikation verwendet werden. Im Allgemeinen fügt die DNA-Polymerase Nukleotide in der 5’-3’-Richtung hinzu. Helicase ist ein anderer Enzymtyp, der an der DNA-Replikation beteiligt ist und die doppelsträngige DNA abwickelt. Die Initiierung der DNA-Replikation erfordert einen Primer. Ein Primer ist ein kurzer DNA- oder RNA-Strang (18-22 Basen), der ein 3’-OH-Ende für die DNA-Replikation bereitstellt. Ausgehend vom 3’-OH-Ende des Primers fügt die DNA-Polymerase dem wachsenden Strang komplementäre Nukleotide der Matrize hinzu. Der Prozess der DNA-Replikation ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: DNA-Replikation

Prokaryonten enthalten DNA-Polymerase I bis V. Pol I und Pol III sind die beiden Arten von DNA-Polymerasen, die für 80 % der DNA-Replikation verantwortlich sind. Eukaryoten enthalten die Polymerasen α, β, λ, γ, σ, μ, δ, ε, η, ι, κ, ζ, θ und Rev1. Retroviren wie RNA-Viren verwenden reverse Transkriptase, um DNA aus einer RNA-Matrize zu synthetisieren.

Was ist RNA-Polymerase?

RNA-Polymerase ist das Enzym, das für die Synthese von RNA-Molekülen aus DNA in einem Prozess namens Transkription verantwortlich ist. Es fügt RNA-Nukleotide in der 5’-3’-Richtung hinzu, um das einzelsträngige RNA-Molekül zu produzieren. Diese RNA kann entweder Boten-RNA (mRNA), Transfer-RNA (tRNA) oder ribosomale RNA (rRNA) sein. Alle drei Arten von RNA sind an der Proteinsynthese beteiligt. Die Bindung der RNA-Polymerase erfordert die Identifizierung des Promotors des Gens, das transkribiert werden soll. Nach Bindung des Enzyms fügt die RNA-Polymerase komplementäre RNA-Nukleotide zum Antisense-Strang der DNA hinzu. Der Vorgang der Transkription ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Transkription

Prokaryonten enthalten einen einzigen RNA-Polymerase-Typ. Eukaryoten enthalten jedoch fünf RNA-Polymerasen: RNA-Polymerase I bis V. RNA-Polymerase I ist für die 50% der Transkription verantwortlich. Es polymerisiert auch rRNA. Die RNA-Polymerase II ist an der Transkription von mRNA beteiligt. tRNA, einige rRNA und einige kleinere RNA werden von der RNA-Polymerase III transkribiert. RNA-Polymerase IV und V kommen ausschließlich in Pflanzen vor und sind an der Bildung von siRNA und Heterochromatin beteiligt.

Ähnlichkeiten zwischen DNA- und RNA-Polymerase

Unterschied zwischen DNA- und RNA-Polymerase

Definition

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase ist das Enzym, das in einem als DNA-Replikation bezeichneten Prozess aus DNA-Nukleotiden neue DNA-Moleküle synthetisiert.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase ist das Enzym, das für die Synthese von RNA-Molekülen aus DNA in einem Prozess namens Transkription verantwortlich ist.

Verwenden

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase wird bei der DNA-Replikation verwendet.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase wird bei der Transkription verwendet.

Produkt

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase synthetisiert ein doppelsträngiges DNA-Molekül.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase synthetisiert ein einzelsträngiges RNA-Molekül.

Nukleotide

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase verwendet DNA-Nukleotide, um einen neuen Strang zu synthetisieren.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase verwendet RNA-Nukleotide, um einen neuen Strang zu synthetisieren.

Aktivität im Zellzyklus

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase ist während der S-Phase der Interphase aktiv.

RNA-Polymerase: Die RNA-Polymerase ist während der G. aktiv₁ und G₂ Phasen der Wachstumsphase.

Enzymbindung

DNA-Polymerase: Die Bindung von DNA-Polymerase an einen Strang erfordert eine Replikationsgabel, die durch DNA-Gyrase hergestellt wird.

RNA-Polymerase: Die Bindung der RNA-Polymerase an einen Strang erfordert, dass ihr Holoenzym den Promotor des Gens erkennt.

Grundierung

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase erfordert einen Primer für den Start der Replikation.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase benötigt keinen Primer zur Initiation der Transkription.

Exonuklease-Aktivität

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase besitzt Exonuklease-Aktivität.

RNA-Polymerase: Der RNA-Polymerase fehlt die Exonuklease-Aktivität.

Verlängerung

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase synthetisiert das gesamte Chromosom.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase stoppt die Synthese an der Transkriptionsterminationsstelle.

Geschwindigkeit

DNA-Polymerase: E. coli-DNA-Polymerase fügt pro Sekunde 1000 Nukleotide hinzu.

RNA-Polymerase: E. coli-RNA-Polymerase fügt 40-80 Nukleotide pro Sekunde hinzu.

Fehlerrate

DNA-Polymerase: DNA-Polymerase hat eine geringere Fehlerrate.

RNA-Polymerase: RNA-Polymerase weist im Vergleich zu DNA-Polymerase eine hohe Fehlerrate auf.

Typen

DNA-Polymerase: Pol I und Pol III sind die beiden Arten von DNA-Polymerasen, die für 80% der DNA-Replikation in der Zelle verantwortlich sind.

RNA-Polymerase: Eukaryoten enthalten RNA-Polymerase I bis V. Prokaryoten enthalten nur einen Typ von RNA-Polymerasen.

Abschluss

DNA- und RNA-Polymerase sind die beiden Enzyme, die für die Synthese von DNA- und RNA-Molekülen aus dem genetischen Material im Zellkern verantwortlich sind. DNA-Polymerase wird bei der DNA-Replikation verwendet, während RNA-Polymerase an der Transkription beteiligt ist. Der Hauptunterschied zwischen DNA- und RNA-Polymerase besteht in ihrer Funktion und ihren Anforderungen.

Referenz:

1."DNA-Polymerase". DNA-Polymerase – Biologie-Online-Wörterbuch, hier verfügbar. 2. Mandal, Ananya. „Was ist DNA-Polymerase?“ News-Medical.net, 23. April 2014, hier verfügbar. 3. „RNA-Polymerase – Definition, Funktionen und Typen.“ Biologie-Wörterbuch, 29. April 2017, hier verfügbar.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „0323 DNA-Replikation“ von OpenStax – (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia 2. „DNA-Transkription“ Von mir überarbeitet und vektorisiert – National Human Genome Research Institute, (Public Domain) über Commons Wikimedia