RNA-polymerase: struktur, funktioner, prokaryoter, eukaryoter

Indledning » Videnskab » Biologi » RNA-polymerase: struktur, funktioner, prokaryoter, eukaryoter

RNA-polymerase er et enzym, der er essentielt for transkriptionen af ​​DNA til RNA. Det er ansvarligt for at syntetisere RNA-molekyler fra en DNA-skabelon. Strukturen af ​​RNA-polymerase er stærkt bevaret på tværs af alle organismer, fra bakterier til mennesker.

I prokaryoter, såsom bakterier, er RNA-polymerase sammensat af flere underenheder, der arbejder sammen for at genkende DNA-promotorer og initiere transkription. I eukaryoter er RNA-polymerase mere kompleks og opdelt i flere former, der transkriberer forskellige typer RNA, såsom messenger-RNA, ribosomalt RNA og transfer-RNA.

Udover sin primære funktion i DNA-transkription spiller RNA-polymerase også en vigtig rolle i reguleringen af ​​genekspression, idet den reagerer på interne og eksterne signaler og aktiverer eller deaktiverer transkriptionen af ​​specifikke gener. Kort sagt er RNA-polymerase et fundamentalt enzym for RNA-syntese i alle organismer og spiller en afgørende rolle i genekspression og cellulær funktion.

Kontrol af RNA-polymeraseaktivitet: reguleringsmekanismer i cellen.

RNA-polymerase er et enzym, der er essentielt for RNA-syntese i alle organismer. Det spiller en fundamental rolle i transkriptionen af ​​DNA til messenger-RNA, som igen oversættes til proteiner. Regulering af RNA-polymeraseaktivitet er afgørende for at kontrollere genekspression og dermed cellulær homeostase.

Der er adskillige mekanismer til regulering af RNA-polymeraseaktivitet, både i prokaryoter og eukaryoter. I prokaryoter sker reguleringen primært gennem proteiner kaldet sigmafaktorer, som binder til RNA-polymerase og dirigerer dens aktivitet til specifikke promotorer. Desuden kan bindingen af ​​aktivator- eller repressorproteiner til DNA modulere interaktionen af ​​RNA-polymerase med promotoren og dermed kontrollere transkriptionsinitieringen.

I eukaryoter er reguleringen af ​​RNA-polymeraseaktivitet mere kompleks og involverer en række forskellige hjælpeproteiner og posttranslationelle modifikationer. For eksempel kan fosforylering af RNA-polymerase ved hjælp af cyclin-afhængig kinase stimulere eller hæmme transkriptionen af ​​visse gener. Desuden kan transkriptionsfaktorer såsom aktivatorer og repressorer interagere med RNA-polymerase og regulere dens aktivitet.

Kort sagt er reguleringen af ​​RNA-polymeraseaktivitet en afgørende proces for korrekt genekspression i cellen. Forståelse af disse reguleringsmekanismer er fundamental for udviklingen af ​​nye terapier og fremskridt inden for molekylærbiologi.

Forskelle i mRNA-produktion mellem eukaryoter og prokaryoter: forstå de vigtigste forskelle.

Syntese af messenger-RNA (mRNA) er en fundamental proces i genekspression, som adskiller sig betydeligt mellem eukaryoter og prokaryoter. En af de vigtigste forskelle er relateret til RNA-polymerase , det enzym, der er ansvarligt for at syntetisere RNA fra DNA.

I prokaryoter er RNA-polymerase sammensat af en enkelt underenhed, mens den i eukaryoter er sammensat af flere underenheder. Denne strukturelle kompleksitet giver eukaryot RNA-polymerase evnen til at genkende og transkribere specifikke regioner af DNA, såsom promotorer og enhancerer, mere præcist og med større regulering.

Derudover er transkriptionsregulering mere kompleks i eukaryoter og involverer interaktionen mellem transkriptionsfaktorer, histonmodifikationer og specialiserede RNA-polymeraser for at transkribere forskellige typer gener. I prokaryoter er transkription mere direkte og mindre reguleret, hvilket resulterer i hurtigere og mere effektiv mRNA-produktion.

Disse forskelle i mRNA-produktion mellem eukaryoter og prokaryoter har betydelige implikationer for reguleringen af ​​genekspression og cellulær funktion som helhed. Forståelse af forskellene i RNA-polymerasestruktur og -funktion er afgørende for at belyse de mekanismer, der kontrollerer genekspression i forskellige typer organismer.

Polymerase: forstå dens betydning i DNA- og RNA-replikation.

Polymerase er et essentielt enzym i DNA- og RNA-replikeringsprocessen. Dets funktion er at syntetisere nye nukleotidkæder fra et eksisterende DNA- eller RNA-molekyle. Polymerase fungerer som en "molekylær skrivemaskine", der kopierer genetisk information og sikrer korrekt transmission til datterceller.

I tilfælde af RNA-polymerase er dette enzym ansvarligt for at transkribere DNA til messenger-RNA (mRNA)-molekyler, som senere oversættes til proteiner. RNA-polymerase er essentiel for genekspression og syntesen af ​​proteiner, der er fundamentale for cellefunktion.

Strukturen af ​​RNA-polymerase varierer mellem prokaryoter og eukaryoter. I prokaryoter er RNA-polymerase sammensat af flere underenheder, herunder sigma-underenheden, som genkender genpromotoren og initierer transkription. I eukaryoter er RNA-polymerase mere kompleks og består af flere underenheder, der er ansvarlige for at regulere transkriptionen af ​​forskellige typer RNA.

RNA-polymerase spiller en afgørende rolle i reguleringen af ​​genekspression, idet den kontrollerer hvilke gener der transkriberes og hvornår. Den kan påvirkes af flere faktorer, såsom cellulære signaler, regulatoriske proteiner og epigenetiske modifikationer.

Kort sagt er RNA-polymerase et fundamentalt enzym for DNA- og RNA-replikation, der spiller en afgørende rolle i syntesen af ​​messenger-RNA-molekyler og reguleringen af ​​genekspression. Dets præcise og effektive funktion er afgørende for at opretholde genomisk integritet og korrekt cellulær funktion.

Typer af RNA-polymeraser fundet i eukaryote organismer: en detaljeret analyse.

RNA-polymeraser er essentielle enzymer for transkription af DNA til RNA, en fundamental proces for genekspression i organismer. I eukaryote organismer er der tre hovedtyper af RNA-polymeraser, der hver især er ansvarlige for transkriptionen af ​​forskellige typer gener.

RNA-polymerase I er ansvarlig for at transkribere gener, der koder for ribosomalt RNA (rRNA). Denne type RNA er essentiel for proteinsyntese i eukaryote celler. RNA-polymerase II er ansvarlig for at transkribere gener, der koder for messenger-RNA (mRNA), som indeholder den genetiske information til proteinsyntese. Endelig er RNA-polymerase III ansvarlig for at transkribere gener, der koder for transfer-RNA (tRNA) og andre typer små RNA'er.

Hver RNA-polymerase er sammensat af flere underenheder, der udfører specifikke funktioner under transkriptionsprocessen. RNA-polymerase II er for eksempel sammensat af 12 forskellige underenheder, der arbejder sammen for at syntetisere messenger-RNA præcist og effektivt.

Derudover reguleres RNA-polymeraser i eukaryote organismer af adskillige transkriptionsfaktorer, der styrer genekspression som reaktion på interne og eksterne stimuli. Disse transkriptionsfaktorer sikrer, at gener transkriberes på det korrekte tidspunkt og i de korrekte mængder, hvilket sikrer cellulær homeostase.

Kort sagt spiller RNA-polymeraser en fundamental rolle i transkriptionen af ​​DNA til RNA i eukaryote organismer, hvilket sikrer korrekt ekspression af gener og syntesen af ​​proteiner, der er essentielle for celleoverlevelse.

RNA-polymerase: struktur, funktioner, prokaryoter, eukaryoter

RNA-polymerase er et enzymkompleks, der er ansvarligt for at mediere polymerisationen af ​​et RNA-molekyle fra en DNA-sekvens ved hjælp af den som skabelon. Denne proces er det første trin i genekspression og kaldes transkription. RNA-polymerase binder sig til DNA i en meget specifik region kendt som promoteren.

Dette enzym – og transkriptionsprocessen generelt – er mere kompleks i eukaryoter end i prokaryoter. Eukaryoter besidder flere RNA-polymeraser, der er specialiseret til specifikke gentyper, i modsætning til prokaryoter, hvor alle gener transkriberes af en enkelt klasse af polymerase.

Den øgede kompleksitet inden for den eukaryote afstamning i transkriptionsrelaterede elementer er sandsynligvis relateret til et mere sofistikeret genreguleringssystem, der er typisk for flercellede organismer.

I arkæer ligner transkriptionen den proces, der forekommer i eukaryoter, selvom de kun har én polymerase.

Polymeraser virker ikke alene. For at transkriptionsprocessen kan starte korrekt, er tilstedeværelsen af ​​proteinkomplekser kaldet transkriptionsfaktorer nødvendig.

Struktur

De bedst karakteriserede RNA-polymeraser er bakterielle polymeraser. De består af flere polypeptidkæder. Enzymet har adskillige underenheder, katalogiseret som α, β, β′ og σ. Den sidste underenhed har vist sig ikke at deltage direkte i katalyse, men er involveret i specifik DNA-binding.

Faktisk, hvis vi eliminerer σ-underenheden, kan polymerasen stadig katalysere dens tilhørende reaktion, men i de forkerte områder.

α-underenheden har en masse på 40.000 Dalton, og der er to af dem. Af β- og β′-underenhederne er der kun én, og de har en masse på henholdsvis 1 og 155.000 Dalton.

Disse tre strukturer er placeret i enzymets kerne, mens σ-underenheden er placeret længere væk og kaldes sigmafaktoren. Det komplette enzym – eller holoenzym – har en samlet vægt på cirka 480.000 Dalton.

Strukturen af ​​RNA-polymerase varierer meget og afhænger af den undersøgte gruppe. I alle organismer er det dog et komplekst enzym bestående af flere enheder.

Funktioner

RNA-polymerasens funktion er at polymerisere nukleotiderne i en RNA-kæde, der er bygget ud fra en DNA-skabelon.

Al den information, der er nødvendig for en organismes opbygning og udvikling, er skrevet i dens DNA. Denne information oversættes dog ikke direkte til proteiner. Et mellemtrin er nødvendigt for at overføre informationen til et messenger-RNA-molekyle.

Denne transformation af DNA-sprog til RNA medieres af RNA-polymerase, og fænomenet kaldes transkription. Denne proces ligner DNA-replikation.

Hos prokaryoter

Prokaryoter er encellede organismer uden en defineret cellekerne. Af alle prokaryoter har den mest undersøgte organisme været Escherichia coli . Denne bakterie er en normal beboer i vores mikrobiota og har været en ideel model for genetikere.

RNA-polymerase blev først isoleret i denne organisme, og de fleste transkriptionsstudier er blevet udført på E. coli. I en enkelt celle af denne bakterie kan vi finde op til 7000 polymerasemolekyler.

I modsætning til eukaryoter, der har tre typer RNA-polymeraser, behandles alle gener i prokaryoter af en enkelt type polymerase.

I eukaryoter

Hvad er et gen?

Eukaryoter er organismer, der har en membranbundet cellekerne og forskellige organeller. Eukaryote celler er karakteriseret ved tre typer nukleare RNA-polymeraser, der hver især er ansvarlige for transkriptionen af ​​specifikke gener.

Et "gen" er ikke et let begreb at definere. Typisk er vi vant til at kalde enhver DNA-sekvens, der i sidste ende oversættes til et protein, for et "gen". Selvom ovenstående udsagn er sandt, er der også gener, hvis slutprodukt er et RNA (og ikke et protein), eller gener involveret i regulering af ekspression.

Der findes tre typer polymeraser, kaldet I, II og III. Nedenfor vil vi beskrive deres funktioner:

RNA-polymerase II

Proteinkodende gener – som involverer messenger-RNA – transkriberes af RNA-polymerase II. På grund af dens betydning i proteinsyntese har det været den mest undersøgte polymerase af forskere.

Transkriptionsfaktorer

Disse enzymer kan ikke styre transkriptionsprocessen alene; de ​​kræver tilstedeværelsen af ​​proteiner kaldet transkriptionsfaktorer. Der kan skelnes mellem to typer transkriptionsfaktorer: generelle og supplerende.

Den første gruppe omfatter de proteiner, der er involveret i transkriptionen af ​​alle polymerase II-promotorer. Disse udgør den grundlæggende mekanisme for transkription.

I in vitro- systemer er fem generelle faktorer, der er uundværlige for initiering af transkription af RNA-polymerase II, blevet karakteriseret. Disse promotorer deler en konsensussekvens kaldet "TATA-boksen".

Det første trin i transkriptionen involverer bindingen af ​​en faktor kaldet TFIID til TATA-boksen. Dette protein er et kompleks med flere underenheder – blandt dem et specifikt bindingssted for boksen. Det er også sammensat af et dusin peptider kaldet TAF'er ( TBP-associerede faktorer ).

En tredje faktor involveret er TFIIF. Efter polymerase II-rekruttering er faktorerne TFIIE og TFIIH nødvendige for transkriptionsinitiering.

RNA-polymerase I og III

Ribosomalt RNA er strukturelle elementer i ribosomer. Ud over ribosomalt RNA er ribosomer lavet af proteiner og er ansvarlige for at oversætte et messenger-RNA-molekyle til protein.

Transfer-RNA'er deltager også i denne translationsproces, hvilket fører til dannelsen af ​​den aminosyre, der vil blive inkorporeret i polypeptidkæden.

Disse RNA'er (ribosomale og transfer) transkriberes af RNA-polymerase I og III. RNA-polymerase I er specifik for transkriptionen af ​​de største ribosomale RNA'er, kendt som 28S, 28S og 5.8S. S refererer til sedimentationskoefficienten, det vil sige sedimentationshastighederne under centrifugeringsprocessen.

RNA-polymerase III er ansvarlig for transkriptionen af ​​gener, der koder for små ribosomale RNA'er (5S).

Derudover transkriberes en række små RNA'er (husk at der findes flere typer RNA, ikke kun de bedre kendte messenger-, ribosom- og transfer-RNA'er), såsom små nukleare RNA'er, af RNA-polymerase III.

Transkriptionsfaktorer

RNA-polymerase I, der udelukkende er reserveret til transkription af ribosomale gener, kræver adskillige transkriptionsfaktorer for sin aktivitet. Gener, der koder for ribosomalt RNA, har en promotor placeret omkring 150 basepar opstrøms for transkriptionsstartstedet.

Promotoren genkendes af to transkriptionsfaktorer: UBF og SL1. Disse binder sig kooperativt til promotoren og rekrutterer polymerase I, hvorved initieringskomplekset dannes.

Disse faktorer er sammensat af adskillige proteinunderenheder. Tilsvarende synes TBP at være en fælles transkriptionsfaktor for alle tre polymeraser i eukaryoter.

For RNA-polymerase III er transkriptionsfaktorerne TFIIIA, TFIIIB og TFIIIC blevet identificeret. Disse binder sekventielt til transkriptionskomplekset.

RNA-polymerase i organeller

Et af eukaryoters kendetegn er de subcellulære rum kaldet organeller. Mitokondrier og kloroplaster minder om det førnævnte enzym, RNA-polymerase, i bakterier. Disse polymeraser er aktive og transkriberer det DNA, der findes i disse organeller.

Ifølge den endosymbiotiske teori opstår eukaryoter fra en symbiotisk begivenhed, hvor en bakterie omsluttede en mindre bakterie. Denne relevante evolutionære kendsgerning forklarer ligheden mellem mitokondrielle polymeraser og bakterielle polymeraser.

I arkæerne

Ligesom hos bakterier er der i arkæer kun én type polymerase, der er ansvarlig for at transkribere alle generne i den encellede organisme.

Imidlertid er arkæisk RNA-polymerase meget lig eukaryote RNA-polymeraser i struktur. De har en TATA-boks og transkriptionsfaktorer, specifikt TBP og TFIIB.

Generelt er transkriptionsprocessen i eukaryoter ret lig den, der findes i arkæer.

Forskelle med DNA-polymerase

DNA-replikation orkestreres af et enzymkompleks kaldet DNA-polymerase. Selvom dette enzym ofte sammenlignes med RNA-polymerase – begge katalyserer polymerisationen af ​​en nukleotidkæde i 5'- til 3'-retningen – adskiller det sig på flere måder.

DNA-polymerase behøver et lille nukleotidfragment, kaldet en primer, for at starte replikationen af ​​molekylet. RNA-polymerase kan starte syntese de novo og behøver ikke førstnævnte for sin aktivitet.

DNA-polymerase er i stand til at binde til flere steder langs et kromosom, hvorimod polymerase kun binder til genpromotorer.

Med hensyn til enzymkorrekturlæsningsmekanismer er DNA-polymerasemekanismerne meget bedre kendte, da de kan korrigere fejlagtige nukleotider, der blev polymeriseret ved en fejl.

Referencer

1. Cooper, GM, Hausman, RE; og Hausman, RE (2000).Cellen: en molekylær tilgang (Bind 2). Washington, DC: ASM Press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … & Matsudaira, P. (2008).Molekylær cellebiologi Macmillan
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J m.fl. (2002) Molekylærbiologi i cellen. 4. udgave. New York: Garland Science.
4. Pierce, B.A. (2009).Genetik: En konceptuel tilgang Panamerikansk medicinsk uddannelse.
5. Lewin, B. (1975).genekspression UMI Bøger på forespørgsel.