РНК полимеразата е ензим, необходим за транскрипцията на ДНК в РНК. Тя е отговорна за синтезирането на РНК молекули от ДНК матрица. Структурата на РНК полимеразата е силно запазена във всички организми, от бактерии до хора.
В прокариотите, като бактериите, РНК полимеразата е съставена от няколко субединици, които работят заедно, за да разпознават ДНК промотори и да инициират транскрипция. В еукариотите РНК полимеразата е по-сложна, разделена на няколко форми, които транскрибират различни видове РНК, като например информационна РНК, рибозомна РНК и трансферна РНК.
В допълнение към основната си функция в ДНК транскрипцията, РНК полимеразата играе важна роля и в регулирането на генната експресия, реагирайки на вътрешни и външни сигнали и активирайки или деактивирайки транскрипцията на специфични гени. Накратко, РНК полимеразата е основен ензим за синтеза на РНК във всички организми, играейки решаваща роля в генната експресия и клетъчната функция.
Контрол на активността на РНК полимеразата: регулаторни механизми в клетката.
РНК полимеразата е ензим, необходим за синтеза на РНК във всички организми. Тя играе фундаментална роля в транскрипцията на ДНК в информационна РНК, която от своя страна се транслира в протеини. Регулирането на активността на РНК полимеразата е от решаващо значение за контролирането на генната експресия и следователно на клетъчната хомеостаза.
Съществуват няколко механизма за регулиране на активността на РНК полимеразата, както при прокариотите, така и при еукариотите. При прокариотите регулацията се осъществява предимно чрез протеини, наречени сигма фактори, които се свързват с РНК полимеразата и насочват нейната активност към специфични промотори. Освен това, свързването на активаторни или репресорни протеини с ДНК може да модулира взаимодействието на РНК полимеразата с промотора, като по този начин контролира инициирането на транскрипцията.
При еукариотите регулирането на активността на РНК полимеразата е по-сложно и включва различни помощни протеини и посттранслационни модификации. Например, фосфорилирането на РНК полимераза от циклин-зависима киназа може да стимулира или инхибира транскрипцията на определени гени. Освен това, транскрипционни фактори, като активатори и репресори, могат да взаимодействат с РНК полимеразата и да регулират нейната активност.
В обобщение, регулирането на активността на РНК полимеразата е ключов процес за правилната генна експресия в клетката. Разбирането на тези регулаторни механизми е от основно значение за разработването на нови терапии и развитието на молекулярната биология.
Разлики в производството на иРНК между еукариотите и прокариотите: разберете основните разлики.
Синтезът на информационна РНК (иРНК) е фундаментален процес в генната експресия, който се различава значително между еукариотите и прокариотите. Една от основните разлики е свързана с РНК полимеразата , ензимът, отговорен за синтезирането на РНК от ДНК.
При прокариотите РНК полимеразата е съставена от една субединица, докато при еукариотите е съставена от множество субединици. Тази структурна сложност дава на еукариотната РНК полимераза способността да разпознава и транскрибира специфични региони на ДНК, като промотори и енхансери, по-прецизно и с по-голяма регулация.
Освен това, транскрипционната регулация е по-сложна при еукариотите, включваща взаимодействието на транскрипционни фактори, модификации на хистони и специализирани РНК полимерази за транскрипция на различни видове гени. При прокариотите транскрипцията е по-директна и по-малко регулирана, което води до по-бързо и по-ефективно производство на иРНК.
Тези разлики в производството на иРНК между еукариотите и прокариотите имат значителни последици за регулирането на генната експресия и клетъчната функция като цяло. Разбирането на разликите в структурата и функцията на РНК полимеразата е от съществено значение за изясняване на механизмите, които контролират генната експресия в различните видове организми.
Полимераза: разберете нейното значение в репликацията на ДНК и РНК.
Полимеразата е основен ензим в процеса на репликация на ДНК и РНК. Нейната функция е да синтезира нови нуклеотидни вериги от съществуваща молекула ДНК или РНК. Полимеразата действа като „молекулярна пишеща машина“, копирайки генетична информация и осигурявайки правилното ѝ предаване към дъщерните клетки.
В случая на РНК полимеразата, този ензим е отговорен за транскрипцията на ДНК в молекули на информационна РНК (иРНК), които по-късно се транслират в протеини. РНК полимеразата е от съществено значение за генната експресия и синтеза на протеини, които са фундаментални за клетъчната функция.
Структурата на РНК полимеразата варира между прокариотите и еукариотите. При прокариотите РНК полимеразата е съставена от няколко субединици, включително сигма субединицата, която разпознава генния промотор и инициира транскрипцията. При еукариотите РНК полимеразата е по-сложна, състояща се от множество субединици, които са отговорни за регулирането на транскрипцията на различни видове РНК.
РНК полимеразата играе ключова роля в регулирането на генната експресия, контролирайки кои гени се транскрибират и кога. Тя може да бъде повлияна от няколко фактора, като клетъчни сигнали, регулаторни протеини и епигенетични модификации.
В обобщение, РНК полимеразата е основен ензим за репликация на ДНК и РНК, играещ ключова роля в синтеза на молекули на информационна РНК и регулирането на генната експресия. Нейното прецизно и ефикасно функциониране е от съществено значение за поддържане на геномната цялост и правилната клетъчна функция.
Видове РНК полимерази, открити в еукариотните организми: подробен анализ.
РНК полимеразите са основни ензими за транскрипцията на ДНК в РНК, фундаментален процес за генна експресия в организмите. В еукариотните организми има три основни вида РНК полимерази, всеки от които е отговорен за транскрипцията на различни видове гени.
РНК полимераза I е отговорна за транскрипцията на гени, които кодират рибозомна РНК (рРНК). Този тип РНК е от съществено значение за синтеза на протеини в еукариотните клетки. РНК полимераза II е отговорна за транскрипцията на гени, които кодират информационна РНК (мРНК), която съдържа генетичната информация за синтеза на протеини. И накрая, РНК полимераза III е отговорна за транскрипцията на гени, които кодират трансферна РНК (тРНК) и други видове малки РНК.
Всяка РНК полимераза е съставена от няколко субединици, които изпълняват специфични функции по време на процеса на транскрипция. РНК полимераза II, например, е съставена от 12 различни субединици, които работят заедно, за да синтезират точно и ефективно информационната РНК.
Освен това, РНК полимеразите в еукариотните организми се регулират от няколко транскрипционни фактора, които контролират генната експресия в отговор на вътрешни и външни стимули. Тези транскрипционни фактори гарантират, че гените се транскрибират в точното време и в правилните количества, осигурявайки клетъчна хомеостаза.
В обобщение, РНК полимеразите играят фундаментална роля в транскрипцията на ДНК в РНК в еукариотните организми, осигурявайки правилната експресия на гени и синтеза на протеини, необходими за оцеляването на клетките.
РНК полимераза: структура, функции, прокариоти, еукариоти
РНК полимеразата е ензимен комплекс, отговорен за медиирането на полимеризацията на РНК молекула от ДНК последователност, използвайки я като матрица. Този процес е първата стъпка в генната експресия и се нарича транскрипция. РНК полимеразата се свързва с ДНК в много специфичен регион, известен като промотор.
Този ензим – и процесът на транскрипция като цяло – е по-сложен при еукариотите, отколкото при прокариотите. Еукариотите притежават множество РНК полимерази, специализирани за специфични типове гени, за разлика от прокариотите, където всички гени се транскрибират от един клас полимерази.
Източник: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Повишената сложност в еукариотната линия на елементите, свързани с транскрипцията, вероятно е свързана с по-сложна система за генна регулация, типична за многоклетъчните организми.
При археите транскрипцията е подобна на процеса, който се случва при еукариотите, въпреки че те имат само една полимераза.
Полимеразите не действат самостоятелно. За да започне правилно процесът на транскрипция, е необходимо наличието на протеинови комплекси, наречени транскрипционни фактори.
Еструтура
Най-добре характеризираните РНК полимерази са бактериалните полимерази. Те се състоят от множество полипептидни вериги. Ензимът има няколко субединици, каталогизирани като α, β, β′ и σ. Последната субединица е доказано, че не участва директно в катализа, но участва в специфичното свързване с ДНК.
Всъщност, ако елиминираме σ субединицата, полимеразата все още може да катализира свързаната с нея реакция, но в грешните области.
α субединицата има маса от 40.000 1 далтона и има две такива. От β и β′ субединиците има само една и те имат маса съответно 155.000 160.000 и XNUMX XNUMX далтона.
Тези три структури са разположени в ядрото на ензима, докато σ субединицата е разположена по-далеч и се нарича сигма фактор. Пълният ензим – или холоензим – има общо тегло от приблизително 480.000 XNUMX далтона.
Структурата на РНК полимеразата варира значително и зависи от изследваната група. Въпреки това, във всички организми тя е сложен ензим, съставен от няколко единици.
Функции
Функцията на РНК полимеразата е да полимеризира нуклеотидите на РНК верига, изградена от ДНК матрица.
Цялата информация, необходима за изграждането и развитието на организма, е записана в неговата ДНК. Тази информация обаче не се превежда директно в протеини. Необходима е междинна стъпка за прехвърляне на информацията към молекула на информационната РНК.
Тази трансформация на езика на ДНК в РНК се осъществява чрез РНК полимераза и явлението се нарича транскрипция. Този процес е подобен на репликацията на ДНК.
В прокариотите
Прокариотите са едноклетъчни организми без определено ядро. От всички прокариоти, най-изследваният организъм е Escherichia coli . Тази бактерия е нормален обитател на нашата микробиота и е идеален модел за генетици.
РНК полимеразата е изолирана за първи път в този организъм и повечето транскрипционни изследвания са проведени върху E. coli. В една клетка на тази бактерия можем да открием до 7000 полимеразни молекули.
За разлика от еукариотите, които имат три вида РНК полимерази, при прокариотите всички гени се обработват от един вид полимераза.
При еукариотите
Какво е ген?
Еукариотите са организми, които притежават мембранно-свързано ядро и различни органели. Еукариотните клетки се характеризират с три вида ядрени РНК полимерази, всяка от които е отговорна за транскрипцията на специфични гени.
„Ген“ не е лесен за дефиниране термин. Обикновено сме свикнали да наричаме всяка ДНК последователност, която в крайна сметка се превръща в протеин, „ген“. Макар че горното твърдение е вярно, има и гени, чийто краен продукт е РНК (а не протеин), или гени, участващи в регулирането на експресията.
Съществуват три вида полимерази, наречени I, II и III. По-долу ще опишем техните функции:
РНК полимераза II
Гените, кодиращи протеини, които включват информационна РНК, се транскрибират от РНК полимераза II. Поради значението си в синтеза на протеини, тя е най-изучаваната полимераза от изследователите.
Транскрипционни фактори
Тези ензими не могат сами да управляват процеса на транскрипция; те изискват наличието на протеини, наречени транскрипционни фактори. Могат да се разграничат два вида транскрипционни фактори: общи и допълнителни.
Първата група включва протеините, участващи в транскрипцията на всички промотори на полимераза II. Те съставляват основния механизъм на транскрипция.
В in vitro системи са характеризирани пет общи фактора, необходими за инициирането на транскрипцията от РНК полимераза II. Тези промотори споделят консенсусна последователност, наречена „TATA кутия“.
Първата стъпка в транскрипцията включва свързването на фактор, наречен TFIID, с TATA кутията. Този протеин е комплекс с няколко субединици – сред които специфично място за свързване за кутията. Състои се и от дузина пептиди, наречени TAF ( TBP-асоциирани фактори ).
Третият участващ фактор е TFIIF. След набирането на полимераза II, факторите TFIIE и TFIIH са необходими за иницииране на транскрипцията.
РНК полимераза I и III
Рибозомните РНК са структурни елементи на рибозомите. В допълнение към рибозомната РНК, рибозомите са изградени от протеини и са отговорни за транслацията на молекулата на информационната РНК в протеин.
Трансферните РНК също участват в този процес на транслация, което води до образуването на аминокиселината, която ще бъде включена в полипептидната верига.
Тези РНК (рибозомни и трансферни) се транскрибират от РНК полимерази I и III. РНК полимераза I е специфична за транскрипцията на най-големите рибозомни РНК, известни като 28S, 28S и 5.8S. S се отнася до коефициента на седиментация, т.е. скоростите на седиментация по време на процеса на центрофугиране.
РНК полимераза III е отговорна за транскрипцията на гени, които кодират малки рибозомни РНК (5S).
Освен това, редица малки РНК (не забравяйте, че има няколко вида РНК, не само по-известните информационни, рибозомни и трансферни РНК), като например малки ядрени РНК, се транскрибират от РНК полимераза III.
Транскрипционни фактори
РНК полимераза I, запазена изключително за транскрипцията на рибозомни гени, изисква няколко транскрипционни фактора за своята активност. Гените, кодиращи рибозомна РНК, имат промотор, разположен на около 150 базови двойки нагоре по течението от мястото на начало на транскрипцията.
Промоторът се разпознава от два транскрипционни фактора: UBF и SL1. Те се свързват кооперативно с промотора и привличат полимераза I, образувайки инициационния комплекс.
Тези фактори са съставени от няколко протеинови субединици. По подобен начин, TBP изглежда е споделен транскрипционен фактор за всичките три полимерази в еукариотите.
За РНК полимераза III са идентифицирани транскрипционните фактори TFIIIA, TFIIIB и TFIIIC. Те се свързват последователно с транскрипционния комплекс.
РНК полимераза в органелите
Една от отличителните черти на еукариотите са субклетъчните отделения, наречени органели. Митохондриите и хлоропластите напомнят на гореспоменатия ензим, РНК полимераза, в бактериите. Тези полимерази са активни и транскрибират ДНК, намираща се в тези органели.
Според ендосимбиотична теория, еукариотите възникват от симбиотично събитие, при което бактерия обгръща по-малка бактерия. Този важен еволюционен факт обяснява сходството между митохондриалните полимерази и бактериалните полимерази.
В археите
Както при бактериите, така и при археите има само един вид полимераза, отговорна за транскрипцията на всички гени на едноклетъчния организъм.
Архейната РНК полимераза обаче е много подобна по структура на еукариотните РНК полимерази. Те се характеризират с TATA кутия и транскрипционни фактори, по-специално TBP и TFIIB.
Като цяло, процесът на транскрипция при еукариотите е доста подобен на този, открит при археите.
Разлики с ДНК полимеразата
Репликацията на ДНК се организира от ензимен комплекс, наречен ДНК полимераза. Въпреки че този ензим често се сравнява с РНК полимеразата – и двата катализират полимеризацията на нуклеотидна верига в посока 5' към 3' – той се различава по няколко начина.
ДНК полимеразата се нуждае от малък нуклеотиден фрагмент, наречен праймер, за да инициира репликацията на молекулата. РНК полимеразата може да започне синтез de novo и не се нуждае от първия за своята активност.
ДНК полимеразата е способна да се свързва с множество места по протежение на хромозомата, докато полимеразата се свързва само с генни промотори.
Що се отнася до механизмите за ензимна корекция , тези на ДНК полимеразата са много по-известни, тъй като могат да коригират грешни нуклеотиди, които са били полимеризирани по погрешка.
Позоваването
- Купър, ГМ, Хаусман, Р.Е.; и Хаусман, Р.Е. (2000).Клетката: молекулярен подход (Том 2). Вашингтон, окръг Колумбия: ASM Press.
- Лодиш, Х., Берк, А., Дарнел, Дж. Е., Кайзер, К. А., Кригер, М., Скот, М. П., ... и Мацудайра, П. (2008).Молекулярна клетъчна биология Макмилан
- Alberts B, Johnson A, Lewis J и др. (2002) Молекулярна биология на клетката. 4-то издание. Ню Йорк: Garland Science
- Пиърс, бакалавър (2009).Генетика: Концептуален подход Панамериканско медицинско изд.
- Люин, Б. (1975).генна експресия UMI Книги по заявка.