Hauptunterschied – DNA-Polymerase 1 vs. 3

DNA-Polymerase 1 und 3 sind zwei Arten von DNA-Polymerasen, die an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt sind. DNA-Polymerasen unterstützen die Synthese eines neuen DNA-Strangs, indem sie die Nukleotide an den Elternstrang anordnen. Sowohl die DNA-Polymerase 1 als auch die DNA-Polymerase 3 besitzen eine replikative Aktivität in der Richtung von 5' nach 3'. Die DNA-Polymerase 1 besitzt sowohl 5'-zu-3'- als auch 3'-zu-5'-Exonuklease-Aktivität. DNA-Polymerase 3 besitzt jedoch nur 3’ bis 5’-Exonuklease-Aktivität. Die Hauptunterschied zwischen DNA-Polymerase 1 und 3 ist das DNA-Polymerase 1 ist an der Entfernung von Primern aus den Fragmenten und Ersetzen der Lücke durch relevante Nukleotide beteiligt, während DNA-Polymerase 3 hauptsächlich an der Synthese der führenden und nacheilenden Stränge beteiligt ist.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

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

Schlüsselbegriffe: DNA-Polymerase 1, DNA-Polymerase 3, 3’ bis 5’ Exonukleaseaktivität, 5’ bis 3’ Exonukleaseaktivität, Lückenfüllung, Klenow-Fragment, Polymerisation, Korrekturlesen, prokaryontische DNA-Replikation

Was ist DNA-Polymerase 1?

DNA-Polymerase 1 ist eine Art von DNA-Polymerasen, die Polymerisationsaktivität, Korrekturleseaktivität und Primerentfernungsaktivität besitzt. Die DNA-Polymerase 1 wurde erstmals 1956 von Arthur Kornberg entdeckt. Für diese Entdeckung erhielt er 1959 den Nobelpreis. Die DNA-Polymerase 1 wird vom polA-Gen kodiert. Die Größe des polA-Gens beträgt 3000 bp. Die DNA-Polymerase 1 ist an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt, da sie die Synthese eines neuen DNA-Strangs in der 5'- nach 3'-Richtung unterstützt. Darüber hinaus ist die DNA-Polymerase 1 an der Lückenfüllung, Reparatur und Rekombination beteiligt. Das Enzym DNA-Polymerase 1 füllt die Lücken in der doppelsträngigen DNA, die für die DNA-Reparatur wichtig ist. DNA-Polymerase 1 besitzt sowohl 3'-zu-5'-Exonuklease-Aktivität als auch 5'-zu-3'-Exonuklease-Aktivität. Die 5’-3’-Exonuklease-Aktivität baut sowohl einzel- als auch doppelsträngige DNA in 5’-3’-Richtung ab. Sobald die 5’-3’-Exonuklease-Aktivität aus dem DNA-Polymerase-1-Holoenzym entfernt ist, wird das verbleibende Molekül als bezeichnet Klenow-Fragment.

Abbildung 1: Funktionelle Domänen der DNA-Polymerase 1

Das Klenow-Fragment ist ein nützliches Molekül in DNA-Amplifikationsreaktionen. Das ist wichtig bei Reparatur von Fehlanpassungen. Die drei funktionellen Domänen der DNA-Polymerase 1 sind in Abbildung 1 dargestellt.

Was ist DNA-Polymerase 3

DNA-Polymerase 3 ist das Hauptenzym, das an der prokaryotischen DNA-Replikation beteiligt ist. DNA-Polymerase 3 besitzt eine 5’-zu-3’-Polymerisationsaktivität, bei der neue Nukleotide an die wachsende Kette an ihrem 3’-Ende hinzugefügt werden. Das Enzym unterstützt die Basenpaarung eingehender Nukleotide mit dem Matrizenstrang. Die andere Funktion der DNA-Polymerase 3 ist das Korrekturlesen der replizierten DNA. DNA-Polymerase 3 besitzt 3’ bis 5’-Exonuklease-Aktivität. Daher liest dieses Enzym die gerade hinzugefügten Nukleotide, und wenn es eine Fehlpaarung mit dem Matrizenstrang gibt, wird es entfernt und erneut synthetisiert. Daher ist DNA-Polymerase 3 wichtig, um die Stabilität des Genoms aufrechtzuerhalten.

Abbildung 2: DNA-Polymerase 3

DNA-Polymerase-3-Holoenzyme bestehen aus zehn Untereinheiten, die in zwei DNA-Polymerasen angeordnet sind. Die α-Untereinheit ist die katalytische Untereinheit. Die ε-Untereinheit hat 3’ bis 5’ Korrekturlesen-Aktivität. Die θ-Untereinheit hat eine unbekannte Funktion. Die α-Untereinheit wird vom dnaE-Gen kodiert. Die ε- und θ-Untereinheiten werden von den dnaQ- und holE-Genen kodiert. Die Struktur der DNA-Polymerase 3 ist in Abbildung 2 dargestellt.

Ähnlichkeiten zwischen DNA-Polymerase 1 und 3

Unterschied zwischen DNA-Polymerase 1 und 3

Definition

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 ist eine DNA-Polymerase, die vom polA-Gen kodiert wird und an der prokaryontischen DNA-Replikation beteiligt ist.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 ist das Hauptenzym, das die prokaryontische DNA-Replikation unterstützt.

Entdeckung

DNA-Polymerase 1: Die DNA-Polymerase 1 wurde erstmals 1956 von Arthur Kornberg entdeckt.

DNA-Polymerase 3: Die DNA-Polymerase 3 wurde erstmals 1970 von Thomas Kornberg und Malcolm Gefer entdeckt.

Codiert von

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 wird vom polyA-Gen kodiert.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 wird von dnaE-, dnaQ- und holE-Genen kodiert.

Familie

DNA-Polymerase 1: Die DNA-Polymerase 1 gehört zur DNA-Polymerase-Familie A.

DNA-Polymerase 3: Die DNA-Polymerase 3 gehört zur DNA-Polymerase-Familie C.

Exonuklease-Aktivität

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 hat sowohl 3'-zu-5'-Exonuklease-Aktivität als auch 5'-zu-3'-Exonuklease-Aktivität.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 hat nur 3’ bis 5’-Exonuklease-Aktivität.

Funktion

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 entfernt den RNA-Primer von 5’ nach 3’ Richtung.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 fügt Desoxyribonukleinsäuren am 3’-Ende hinzu.

RNA-Primer

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 entfernt den RNA-Primer.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 erfordert einen RNA-Primer, um die DNA zu synthetisieren.

DNA-Synthese

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 fügt der wachsenden Polynukleotidkette Nukleotide hinzu.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 ist das Schlüsselenzym für die Synthese von DNA in Prokaryonten.

Nacheilende/führende Stränge

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 wirkt nur auf den nacheilenden Strang.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 wirkt sowohl auf führende als auch auf nachlaufende Stränge der Replikationsgabel.

Geschwindigkeit der DNA-Synthese

DNA-Polymerase 1: DNA-Polymerase 1 kann 10 bis 20 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen.

DNA-Polymerase 3: DNA-Polymerase 3 kann etwa 1000 Nukleotide pro Sekunde hinzufügen.

Abschluss

DNA-Polymerase 1 und 3 sind zwei Arten von DNA-Polymerasen, die an der prokaryontischen DNA-Replikation beteiligt sind. Beide Arten von DNA-Polymerasen besitzen eine 5’-3’-Polymerisationsaktivität. Darüber hinaus besitzen beide Enzyme 3’ bis 5’-Exonuklease-Aktivität zum Korrekturlesen. Die Hauptfunktion der DNA-Polymerase 3 ist ihre Funktion bei der Polymerisation. DNA-Polymerase 1 besitzt jedoch eine 5’-3’-Exonuklease-Aktivität. Durch die 5'- bis 3'-Exonuklease-Aktivität ist die DNA-Polymerase 1 in der Lage, den Primer zu entfernen. Die sich bildende Lücke wird auch durch die DNA-Polymerase 1 gefüllt. Der Hauptunterschied zwischen DNA-Polymerase 1 und 3 besteht daher in ihrer Rolle bei der prokaryontischen DNA-Replikation.

Referenz:

1. „DNA-Polymerase I.“ Worthington Enzym Handbuch. N.S., N.D. Netz. Hier verfügbar. 09. August 2017. 2. Marians, Kenneth J., Hiroshi Hiasa und Deok Ryong Kim. „Die Rolle der Core-DNA-Polymerase-III-Untereinheiten an der Replikationsgabel α IST DIE EINZIGE UNTEREINHEIT, DIE FÜR DIE PROZESSIVE REPLIKATION ERFORDERLICH IST.“ Zeitschrift für biologische Chemie. N.p., 23. Januar 1998. Web. Hier verfügbar. 09.08.2017.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „PolymeraseDomains“ Von (unbekannt) „Molecule of the Month“, März 2000 – Proteindatenbank (Public Domain) über Commons Wikimedia2. „DNA-Polymerase III (mit Untereinheiten)“ Von Alepopoli – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia