RNA polymeráza je enzym nezbytný pro transkripci DNA do RNA. Je zodpovědná za syntézu molekul RNA z templátu DNA. Struktura RNA polymerázy je vysoce konzervovaná napříč všemi organismy, od bakterií až po člověka.
U prokaryot, jako jsou bakterie, se RNA polymeráza skládá z několika podjednotek, které spolupracují na rozpoznávání promotorů DNA a zahájení transkripce. U eukaryot je RNA polymeráza složitější a dělí se na několik forem, které transkribují různé typy RNA, jako je mediátorová RNA, ribozomální RNA a transferová RNA.
Kromě své primární funkce v transkripci DNA hraje RNA polymeráza také důležitou roli v regulaci genové exprese, reakci na vnitřní a vnější signály a aktivaci nebo deaktivaci transkripce specifických genů. Stručně řečeno, RNA polymeráza je základní enzym pro syntézu RNA ve všech organismech a hraje klíčovou roli v genové expresi a buněčné funkci.
Řízení aktivity RNA polymerázy: regulační mechanismy v buňce.
RNA polymeráza je enzym nezbytný pro syntézu RNA ve všech organismech. Hraje zásadní roli v transkripci DNA do mediátorové RNA, která je následně překládána do proteinů. Regulace aktivity RNA polymerázy je klíčová pro kontrolu genové exprese a následně buněčné homeostázy.
Existuje několik mechanismů pro regulaci aktivity RNA polymerázy, a to jak u prokaryot, tak u eukaryot. U prokaryot k regulaci dochází primárně prostřednictvím proteinů zvaných sigma faktory, které se vážou na RNA polymerázu a směrují její aktivitu na specifické promotory. Vazba aktivačních nebo represorových proteinů na DNA navíc může modulovat interakci RNA polymerázy s promotorem, a tím řídit iniciaci transkripce.
U eukaryot je regulace aktivity RNA polymerázy složitější a zahrnuje řadu pomocných proteinů a posttranslačních modifikací. Například fosforylace RNA polymerázy cyklin-dependentní kinázou může stimulovat nebo inhibovat transkripci určitých genů. Transkripční faktory, jako jsou aktivátory a represory, mohou navíc s RNA polymerázou interagovat a regulovat její aktivitu.
Stručně řečeno, regulace aktivity RNA polymerázy je klíčovým procesem pro správnou genovou expresi v buňce. Pochopení těchto regulačních mechanismů je zásadní pro vývoj nových terapií a pokrok v molekulární biologii.
Rozdíly v produkci mRNA mezi eukaryoty a prokaryoty: pochopte hlavní rozdíly.
Syntéza messenger RNA (mRNA) je základní proces genové exprese, který se mezi eukaryoty a prokaryoty významně liší. Jeden z hlavních rozdílů souvisí s RNA polymeráza, enzym zodpovědný za syntézu RNA z DNA.
U prokaryot se RNA polymeráza skládá z jedné podjednotky, zatímco u eukaryot se skládá z více podjednotek. Tato strukturní složitost dává eukaryotické RNA polymeráze schopnost rozpoznávat a transkribovat specifické oblasti DNA, jako jsou promotory a enhancery, přesněji a s větší regulací.
Transkripční regulace je navíc u eukaryot složitější a zahrnuje interakci transkripčních faktorů, modifikací histonů a specializovaných RNA polymeráz pro transkripci různých typů genů. U prokaryot je transkripce přímější a méně regulovaná, což vede k rychlejší a efektivnější produkci mRNA.
Tyto rozdíly v produkci mRNA mezi eukaryoty a prokaryoty mají významné důsledky pro regulaci genové exprese a buněčné funkce jako celku. Pochopení rozdílů ve struktuře a funkci RNA polymerázy je nezbytné pro objasnění mechanismů, které řídí genovou expresi v různých typech organismů.
Polymeráza: pochopte její význam v replikaci DNA a RNA.
Polymeráza je nezbytný enzym v procesu replikace DNA a RNA. Její funkcí je syntéza nových nukleotidových řetězců z existující molekuly DNA nebo RNA. Polymeráza funguje jako „molekulární psací stroj“, který kopíruje genetickou informaci a zajišťuje její správný přenos do dceřiných buněk.
V případě RNA polymerázy je tento enzym zodpovědný za transkripci DNA do molekul messenger RNA (mRNA), které jsou později přeloženy do proteinů. RNA polymeráza je nezbytná pro genovou expresi a syntézu proteinů, které jsou základem buněčné funkce.
Struktura RNA polymerázy se u prokaryot a eukaryot liší. U prokaryot se RNA polymeráza skládá z několika podjednotek, včetně sigma podjednotky, která rozpoznává promotor genu a zahajuje transkripci. U eukaryot je RNA polymeráza složitější a skládá se z více podjednotek, které jsou zodpovědné za regulaci transkripce různých typů RNA.
RNA polymeráza hraje klíčovou roli v regulaci genové exprese, řídí, které geny jsou transkribovány a kdy. Může být ovlivněna několika faktory, jako jsou buněčné signály, regulační proteiny a epigenetické modifikace.
Stručně řečeno, RNA polymeráza je základní enzym pro replikaci DNA a RNA, který hraje klíčovou roli v syntéze molekul mediátorové RNA a regulaci genové exprese. Její přesné a efektivní fungování je nezbytné pro udržení genomové integrity a správné buněčné funkce.
Typy RNA polymeráz nalezených v eukaryotických organismech: podrobná analýza.
RNA polymerázy jsou nezbytné enzymy pro transkripci DNA do RNA, což je základní proces pro genovou expresi v organismech. V eukaryotických organismech existují tři hlavní typy RNA polymeráz, z nichž každá je zodpovědná za transkripci různých typů genů.
RNA polymeráza I je zodpovědná za transkripci genů kódujících ribozomální RNA (rRNA). Tento typ RNA je nezbytný pro syntézu proteinů v eukaryotických buňkách. RNA polymeráza II je zodpovědná za transkripci genů kódujících mediátorovou RNA (mRNA), která obsahuje genetickou informaci pro syntézu proteinů. RNA polymeráza III je zodpovědná za transkripci genů kódujících transferovou RNA (tRNA) a další typy malých RNA.
Každá RNA polymeráza se skládá z několika podjednotek, které během transkripčního procesu plní specifické funkce. Například RNA polymeráza II se skládá z 12 různých podjednotek, které společně syntetizují mediátorovou RNA přesně a efektivně.
RNA polymerázy v eukaryotických organismech jsou navíc regulovány několika transkripčními faktory, které řídí genovou expresi v reakci na vnitřní a vnější podněty. Tyto transkripční faktory zajišťují, že geny jsou transkribovány ve správný čas a ve správném množství, a tím je zajištěna buněčná homeostáza.
Stručně řečeno, RNA polymerázy hrají zásadní roli v transkripci DNA na RNA v eukaryotických organismech, zajišťují správnou expresi genů a syntézu proteinů nezbytných pro přežití buněk.
RNA polymeráza: struktura, funkce, prokaryota, eukaryota
A RNA polymeráza je enzymový komplex, který je zodpovědný za zprostředkování polymerace molekuly RNA z DNA sekvence s použitím této sekvence jako templátu. Tento proces je prvním krokem v genové expresi a nazývá se transkripce. RNA polymeráza se váže na DNA ve velmi specifické oblasti známé jako promotor.
Tento enzym – a transkripční proces obecně – je u eukaryot složitější než u prokaryot. Eukaryota mají více RNA polymeráz specializovaných na specifické typy genů, na rozdíl od prokaryot, kde jsou všechny geny transkribovány jedinou třídou polymeráz.
Zdroj: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Zvýšená komplexita transkripčně souvisejících prvků v eukaryotické linii pravděpodobně souvisí se sofistikovanějším systémem genové regulace typickým pro mnohobuněčné organismy.
U archeí je transkripce podobná procesu, který probíhá u eukaryot, ačkoli mají pouze jednu polymerázu.
Polymerázy nefungují samy o sobě. Pro správný zahájení transkripčního procesu je nezbytná přítomnost proteinových komplexů zvaných transkripční faktory.
Struktura
Nejlépe charakterizované RNA polymerázy jsou bakteriální polymerázy. Skládají se z více polypeptidových řetězců. Enzym má několik podjednotek, katalogizovaných jako α, β, β′ a σ. Poslední podjednotka se nepodílí přímo na katalýze, ale podílí se na specifické vazbě DNA.
Ve skutečnosti, pokud eliminujeme podjednotku σ, polymeráza může stále katalyzovat s ní spojenou reakci, ale v nesprávných oblastech.
Podjednotka α má hmotnost 40.000 1 daltonů a existují dvě. Z podjednotek β a β′ je pouze jedna a jejich hmotnost je 155.000 160.000, respektive XNUMX XNUMX daltonů.
Tyto tři struktury se nacházejí v jádře enzymu, zatímco podjednotka σ se nachází dále a nazývá se sigma faktor. Celý enzym – neboli holoenzym – má celkovou hmotnost přibližně 480.000 XNUMX daltonů.
Struktura RNA polymerázy se značně liší a závisí na studované skupině. U všech organismů se však jedná o komplexní enzym složený z několika jednotek.
Funkce
Funkcí RNA polymerázy je polymerace nukleotidů RNA řetězce, vytvořeného z DNA templátu.
Veškeré informace potřebné pro konstrukci a vývoj organismu jsou zapsány v jeho DNA. Tyto informace však nejsou přímo převedeny do proteinů. Je nutný mezikrok k přenosu informace do molekuly messenger RNA.
Tato transformace jazyka DNA na RNA je zprostředkována RNA polymerázou a tento jev se nazývá transkripce. Tento proces je podobný replikaci DNA.
U prokaryot
Prokaryota jsou jednobuněčné organismy bez definovaného jádra. Ze všech prokaryot je nejvíce studovaným organismem Escherichia coli Tato bakterie je běžným obyvatelem naší mikrobioty a je ideálním modelem pro genetiky.
RNA polymeráza byla poprvé izolována v tomto organismu a většina transkripčních studií byla provedena v E-coli. V jediné buňce této bakterie můžeme nalézt až 7000 molekul polymerázy.
Na rozdíl od eukaryot, které mají tři typy RNA polymeráz, u prokaryot jsou všechny geny zpracovávány jedním typem polymerázy.
U eukaryot
Co je to gen?
Eukaryota jsou organismy, které mají membránově vázané jádro a různé organely. Eukaryotické buňky se vyznačují třemi typy jaderných RNA polymeráz, z nichž každá je zodpovědná za transkripci specifických genů.
„Gen“ není snadno definovatelný termín. Obvykle jsme zvyklí nazývat jakoukoli sekvenci DNA, která se nakonec promění v protein, „genem“. I když je výše uvedené tvrzení pravdivé, existují také geny, jejichž konečným produktem je RNA (a nikoli protein), nebo geny zapojené do regulace exprese.
Existují tři typy polymeráz, nazývané I, II a III. Níže popíšeme jejich funkce:
RNA polymeráza II
Geny kódující proteiny – které zahrnují mediátorovou RNA – jsou transkribovány RNA polymerázou II. Vzhledem ke svému významu v syntéze proteinů je to mezi vědci nejvíce studovaná polymeráza.
Transkripční faktory
Tyto enzymy nemohou samy řídit proces transkripce; vyžadují přítomnost proteinů zvaných transkripční faktory. Lze rozlišit dva typy transkripčních faktorů: obecné a doplňkové.
První skupina zahrnuje proteiny zapojené do transkripce všechny promotory polymerázy II. Ty tvoří základní mechanismus transkripce.
V systémech in vitro byly charakterizovány pět obecných faktorů nezbytných pro zahájení transkripce RNA polymerázou II. Tyto promotory mají konsenzuální sekvenci nazývanou „TATA box“.
Prvním krokem transkripce je vazba faktoru zvaného TFIID na TATA box. Tento protein je komplex s několika podjednotkami – mezi nimiž je i jedna, která se specificky váže na box. Skládá se také z tuctu peptidů zvaných TAF ( faktory spojené s PTB ).
Třetím faktorem je TFIIF. Po aktivaci polymerázy II jsou pro zahájení transkripce nezbytné faktory TFIIE a TFIIH.
RNA polymeráza I a III
Ribozomální RNA jsou strukturální prvky ribozomů. Kromě ribozomální RNA jsou ribozomy tvořeny proteiny a jsou zodpovědné za překlad molekuly mediátorové RNA do proteinu.
Transferové RNA se také účastní tohoto procesu translace, což vede k tvorbě aminokyseliny, která bude začleněna do polypeptidového řetězce.
Tyto RNA (ribozomální a transferová) jsou transkribovány RNA polymerázami I a III. RNA polymeráza I je specifická pro transkripci největších ribozomálních RNA, známých jako 28S, 28S a 5.8S. S označuje sedimentační koeficient, tj. rychlost sedimentace během procesu centrifugace.
RNA polymeráza III je zodpovědná za transkripci genů, které kódují malé ribozomální RNA (5S).
Kromě toho je řada malých RNA (připomeňme, že existuje několik typů RNA, nejen známější mediátorové, ribozomální a transferové RNA), jako například malé jaderné RNA, transkribována RNA polymerázou III.
Transkripční faktory
RNA polymeráza I, vyhrazená výhradně pro transkripci ribozomálních genů, vyžaduje pro svou aktivitu několik transkripčních faktorů. Geny kódující ribozomální RNA mají promotor umístěný asi 150 párů bází proti směru transkripce od místa zahájení transkripce.
Promotor je rozpoznán dvěma transkripčními faktory: UBF a SL1. Ty se kooperativně vážou na promotor a rekrutují polymerázu I, čímž tvoří iniciační komplex.
Tyto faktory se skládají z několika proteinových podjednotek. Podobně se zdá, že TBP je sdíleným transkripčním faktorem pro všechny tři polymerázy u eukaryot.
Pro RNA polymerázu III byly identifikovány transkripční faktory TFIIIA, TFIIIB a TFIIIC. Ty se postupně vážou na transkripční komplex.
RNA polymeráza v organelách
Jedním z charakteristických rysů eukaryot jsou subcelulární kompartmenty zvané organely. Mitochondrie a chloroplasty připomínají výše zmíněný enzym RNA polymerázu u bakterií. Tyto polymerázy jsou aktivní a přepisují DNA nacházející se v těchto organelách.
Podle endosymbiotické teorie vznikají eukaryota symbiotickou událostí, při které bakterie obalí menší bakterii. Tento relevantní evoluční fakt vysvětluje podobnost mezi mitochondriálními polymerázami a bakteriálními polymerázami.
V archeích
Stejně jako u bakterií, i u archeí existuje pouze jeden typ polymerázy zodpovědný za transkripci všech genů jednobuněčného organismu.
Archaeální RNA polymeráza má však velmi podobnou strukturu eukaryotickým RNA polymerázám. Obsahuje TATA box a transkripční faktory, konkrétně TBP a TFIIB.
Obecně je transkripční proces u eukaryot docela podobný procesu u archeí.
Rozdíly s DNA polymerázou
Replikaci DNA řídí enzymový komplex zvaný DNA polymeráza. Ačkoli je tento enzym často přirovnáván k RNA polymeráze – oba katalyzují polymeraci nukleotidového řetězce ve směru 5' až 3' – liší se v několika ohledech.
DNA polymeráza potřebuje k zahájení replikace molekuly malý nukleotidový fragment, nazývaný primer. RNA polymeráza může začít s replikací. syntéza nových a ten první pro svou aktivitu nepotřebujete.
DNA polymeráza se dokáže vázat na více míst podél chromozomu, zatímco polymeráza se váže pouze na genové promotory.
Pokud jde o mechanismy revize Z enzymů jsou mnohem známější enzymy DNA polymerázy, které dokáží opravit chybné nukleotidy, které byly omylem polymerovány.
Odkazy
- Cooper, GM, Hausman, RE; a Hausman, RE (2000).Buňka: molekulární přístup (Sv. 2). Washington, D.C.: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … a Matsudaira, P. (2008).Molekulární buněčná biologie Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J a kol. (2002) Molekulární biologie buňky. 4. vydání. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetika: Koncepční přístup Panamerická lékařská ed.
- Lewin, B. (1975).genová exprese Knihy UMI na vyžádání.