RNA-polymeraasi on entsyymi, joka on välttämätön DNA:n transkriptiolle RNA:ksi. Se vastaa RNA-molekyylien syntetisoinnista DNA-templaatista. RNA-polymeraasin rakenne on hyvin säilynyt kaikissa organismeissa bakteereista ihmisiin.
Prokaryooteissa, kuten bakteereissa, RNA-polymeraasi koostuu useista alayksiköistä, jotka toimivat yhdessä tunnistaakseen DNA-promoottorit ja aloittaakseen transkription. Eukaryooteissa RNA-polymeraasi on monimutkaisempi, ja se jakautuu useisiin muotoihin, jotka transkriptoivat erityyppisiä RNA:ita, kuten lähetti-RNA:ta, ribosomaali-RNA:ta ja siirto-RNA:ta.
DNA-transkription ensisijaisen tehtävänsä lisäksi RNA-polymeraasilla on tärkeä rooli myös geenien ilmentymisen säätelyssä, sisäisiin ja ulkoisiin signaaleihin reagoinnissa sekä tiettyjen geenien transkription aktivoinnissa tai deaktivoinnissa. Lyhyesti sanottuna RNA-polymeraasi on perusentsyymi RNA-synteesille kaikissa organismeissa, ja sillä on ratkaiseva rooli geenien ilmentymisessä ja solujen toiminnassa.
RNA-polymeraasiaktiivisuuden säätely: solun sisäiset säätelymekanismit.
RNA-polymeraasi on entsyymi, joka on välttämätön RNA-synteesille kaikissa organismeissa. Sillä on keskeinen rooli DNA:n transkriptiossa lähetti-RNA:ksi, joka puolestaan transloidaan proteiineiksi. RNA-polymeraasiaktiivisuuden säätely on ratkaisevan tärkeää geenien ilmentymisen ja sitä kautta solun homeostaasin kontrolloimiseksi.
Sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa RNA-polymeraasiaktiivisuutta voidaan säädellä useilla mekanismeilla. Prokaryooteissa säätely tapahtuu pääasiassa sigma-tekijöiksi kutsuttujen proteiinien kautta, jotka sitoutuvat RNA-polymeraasiin ja ohjaavat sen aktiivisuuden spesifisiin promoottoreihin. Lisäksi aktivaattori- tai repressoriproteiinien sitoutuminen DNA:han voi moduloida RNA-polymeraasin vuorovaikutusta promoottorin kanssa ja siten kontrolloida transkription aloitusta.
Eukaryooteilla RNA-polymeraasiaktiivisuuden säätely on monimutkaisempaa ja siihen liittyy useita apuproteiineja ja translaation jälkeisiä modifikaatioita. Esimerkiksi sykliiniriippuvaisen kinaasin suorittama RNA-polymeraasin fosforylaatio voi stimuloida tai estää tiettyjen geenien transkriptiota. Lisäksi transkriptiotekijät, kuten aktivaattorit ja repressorit, voivat olla vuorovaikutuksessa RNA-polymeraasin kanssa ja säädellä sen aktiivisuutta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että RNA-polymeraasiaktiivisuuden säätely on ratkaisevan tärkeä prosessi geenien asianmukaiselle ilmentymiselle solussa. Näiden säätelymekanismien ymmärtäminen on olennaista uusien hoitojen kehittämiselle ja molekyylibiologian edistämiselle.
mRNA:n tuotannon erot eukaryoottien ja prokaryoottien välillä: ymmärrä tärkeimmät erot.
Lähetti-RNA:n (mRNA) synteesi on geenien ilmentymisen perusprosessi, joka eroaa merkittävästi eukaryoottien ja prokaryoottien välillä. Yksi tärkeimmistä eroista liittyy RNA-polymeraasiin , entsyymiin, joka vastaa RNA:n syntetisoinnista DNA:sta.
Prokaryooteissa RNA-polymeraasi koostuu yhdestä alayksiköstä, kun taas eukaryooteissa se koostuu useista alayksiköistä. Tämä rakenteellinen monimutkaisuus antaa eukaryoottiselle RNA-polymeraasille kyvyn tunnistaa ja transkriptoida tiettyjä DNA:n alueita, kuten promoottoreita ja tehostajia, tarkemmin ja säädellymmin.
Lisäksi transkription säätely on monimutkaisempaa eukaryooteissa, ja siihen liittyy transkriptiotekijöiden, histonimodifikaatioiden ja erikoistuneiden RNA-polymeraasien vuorovaikutusta erityyppisten geenien transkriptoimiseksi. Prokaryooteissa transkriptio on suorempaa ja vähemmän säädeltyä, mikä johtaa nopeampaan ja tehokkaampaan mRNA:n tuotantoon.
Näillä eukaryoottien ja prokaryoottien mRNA-tuotannon eroilla on merkittäviä vaikutuksia geenien ilmentymisen säätelyyn ja solutoimintaan kokonaisuudessaan. RNA-polymeraasin rakenteen ja toiminnan erojen ymmärtäminen on olennaista, jotta voidaan selvittää mekanismit, jotka säätelevät geenien ilmentymistä erityyppisissä organismeissa.
Polymeraasi: ymmärrä sen merkitys DNA:n ja RNA:n replikaatiossa.
Polymeraasi on välttämätön entsyymi DNA:n ja RNA:n replikaatioprosessissa. Sen tehtävänä on syntetisoida uusia nukleotidiketjuja olemassa olevasta DNA- tai RNA-molekyylistä. Polymeraasi toimii "molekyylikirjoituskoneena", joka kopioi geneettistä tietoa ja varmistaa sen oikean siirtymisen tytärsoluihin.
RNA-polymeraasin tapauksessa tämä entsyymi vastaa DNA:n transkriptiosta lähetti-RNA:ksi (mRNA), jotka myöhemmin transloidaan proteiineiksi. RNA-polymeraasi on välttämätön geenien ilmentymiselle ja solujen toiminnan kannalta olennaisten proteiinien synteesille.
RNA-polymeraasin rakenne vaihtelee prokaryoottien ja eukaryoottien välillä. Prokaryooteissa RNA-polymeraasi koostuu useista alayksiköistä, mukaan lukien sigma-alayksikkö, joka tunnistaa geenipromoottorin ja aloittaa transkription. Eukaryooteissa RNA-polymeraasi on monimutkaisempi ja koostuu useista alayksiköistä, jotka vastaavat erityyppisten RNA-molekyylejen transkription säätelystä.
RNA-polymeraasilla on ratkaiseva rooli geenien ilmentymisen säätelyssä, sillä se kontrolloi sitä, mitkä geenit transkriptoidaan ja milloin. Siihen voivat vaikuttaa useat tekijät, kuten solusignaalit, säätelyproteiinit ja epigeneettiset modifikaatiot.
Yhteenvetona voidaan todeta, että RNA-polymeraasi on DNA:n ja RNA:n replikaation kannalta keskeinen entsyymi, jolla on ratkaiseva rooli lähetti-RNA-molekyylien synteesissä ja geenien ilmentymisen säätelyssä. Sen tarkka ja tehokas toiminta on välttämätöntä genomin eheyden ja solujen moitteettoman toiminnan ylläpitämiseksi.
Eukaryootti-organismeissa esiintyvät RNA-polymeraasityypit: yksityiskohtainen analyysi.
RNA-polymeraasit ovat välttämättömiä entsyymejä DNA:n transkriptiolle RNA:ksi, mikä on organismien geenien ilmentymisen perusprosessi. Eukaryoottisissa organismeissa on kolme päätyyppiä RNA-polymeraaseja, joista kukin vastaa erityyppisten geenien transkriptiosta.
RNA-polymeraasi I vastaa ribosomaalista RNA:ta (rRNA) koodaavien geenien transkriptiosta. Tämän tyyppinen RNA on välttämätön proteiinisynteesille eukaryoottisoluissa. RNA-polymeraasi II vastaa lähetti-RNA:ta (mRNA) koodaavien geenien transkriptiosta. mRNA sisältää proteiinisynteesin geneettisen tiedon. Lopuksi RNA-polymeraasi III vastaa siirto-RNA:ta (tRNA) ja muita pieniä RNA-molekyylejä koodaavien geenien transkriptiosta.
Jokainen RNA-polymeraasi koostuu useista alayksiköistä, jotka suorittavat tiettyjä toimintoja transkriptioprosessin aikana. Esimerkiksi RNA-polymeraasi II koostuu 12 eri alayksiköstä, jotka toimivat yhdessä syntetisoidakseen lähetti-RNA:ta tarkasti ja tehokkaasti.
Lisäksi eukaryoottisten organismien RNA-polymeraaseja säätelevät useat transkriptiotekijät, jotka kontrolloivat geenien ilmentymistä vasteena sisäisille ja ulkoisille ärsykkeille. Nämä transkriptiotekijät varmistavat, että geenit transkriptoituvat oikeaan aikaan ja oikeissa määrissä, mikä varmistaa solujen homeostaasin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että RNA-polymeraasit ovat keskeisessä roolissa DNA:n transkriptiossa RNA:ksi eukaryoottisissa organismeissa, varmistaen geenien oikean ilmentymisen ja solujen selviytymiselle välttämättömien proteiinien synteesin.
RNA-polymeraasi: rakenne, toiminnot, prokaryootit, eukaryootit
RNA-polymeraasi on entsyymikompleksi, joka vastaa RNA-molekyylin polymeroitumisesta DNA-sekvenssistä käyttäen sitä templaattina. Tämä prosessi on geenien ilmentymisen ensimmäinen vaihe ja sitä kutsutaan transkriptioksi. RNA-polymeraasi sitoutuu DNA:han hyvin spesifisellä alueella, joka tunnetaan promoottorina.
Tämä entsyymi – ja transkriptioprosessi yleensä – on monimutkaisempi eukaryooteissa kuin prokaryooteissa. Eukaryooteilla on useita RNA-polymeraaseja, jotka ovat erikoistuneet tiettyihin geenityyppeihin, toisin kuin prokaryooteissa, joissa kaikki geenit transkriptoi yksi polymeraasiluokka.
Lähde: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Eukaryoottisen suvun lisääntynyt monimutkaisuus transkriptioon liittyvissä elementeissä liittyy todennäköisesti monisoluisille organismeille tyypilliseen kehittyneempään geenien säätelyjärjestelmään.
Arkeoneissa transkriptio on samanlainen prosessi kuin eukaryooteissa, vaikka niillä on vain yksi polymeraasi.
Polymeraasit eivät toimi yksinään. Jotta transkriptioprosessi alkaisi oikein, tarvitaan transkriptiotekijöiksi kutsuttuja proteiinikomplekseja.
Rakenne
Parhaiten karakterisoidut RNA-polymeraasit ovat bakteeripolymeraasit. Ne koostuvat useista polypeptidiketjuista. Entsyymillä on useita alayksiköitä, jotka on luetteloitu α, β, β′ ja σ. Viimeisen alayksikön on osoitettu olevan osallisena ei suoraan katalyysissä, mutta se osallistuu spesifiseen DNA:n sitoutumiseen.
Itse asiassa, jos poistamme σ-alayksikön, polymeraasi voi silti katalysoida siihen liittyvää reaktiota, mutta väärillä alueilla.
Α-alayksikön massa on 40.000 1 daltonia ja niitä on kaksi. β- ja β′-alayksiköistä on vain yksi, ja niiden massat ovat vastaavasti 155.000 160.000 ja XNUMX XNUMX daltonia.
Nämä kolme rakennetta sijaitsevat entsyymin ytimessä, kun taas σ-alayksikkö sijaitsee kauempana ja sitä kutsutaan sigma-tekijäksi. Täydellisen entsyymin – eli holoentsyymin – kokonaispaino on noin 480.000 XNUMX daltonia.
RNA-polymeraasin rakenne vaihtelee suuresti ja riippuu tutkittavasta ryhmästä. Kaikissa organismeissa se on kuitenkin monimutkainen entsyymi, joka koostuu useista yksiköistä.
tehtävät
RNA-polymeraasin tehtävänä on polymeroida DNA-templaatista rakennetun RNA-ketjun nukleotidit.
Kaikki organismin rakentumiseen ja kehitykseen tarvittava tieto on kirjoitettu sen DNA:han. Tätä tietoa ei kuitenkaan käännetä suoraan proteiineiksi. Tiedon siirtämiseksi lähetti-RNA-molekyyliin tarvitaan välivaihe.
Tätä DNA-kielen muuntumista RNA:ksi välittää RNA-polymeraasi, ja ilmiötä kutsutaan transkriptioksi. Tämä prosessi on samanlainen kuin DNA:n replikaatio.
Prokaryooteissa
Prokaryootit ovat yksisoluisia organismeja, joilla ei ole määriteltyä tumaa. Kaikista prokaryooteista eniten tutkittu organismi on Escherichia coli . Tämä bakteeri on normaali mikrobistomme asukas ja on ollut ihanteellinen malli geneetikoille.
RNA-polymeraasi eristettiin ensimmäisen kerran tästä organismista, ja useimmat transkriptiotutkimukset on tehty E. coli -bakteerilla. Yhdessä tämän bakteerin solussa voimme löytää jopa 7000 polymeraasimolekyyliä.
Toisin kuin eukaryooteilla, joilla on kolmenlaisia RNA-polymeraaseja, prokaryooteissa kaikki geenit käsitellään yhden tyyppisellä polymeraasilla.
Eukaryooteissa
Mikä on geeni?
Eukaryootit ovat eliöitä, joilla on kalvoon sitoutunut tuma ja erilaisia organelleja. Eukaryoottisoluille on ominaista kolmen tyyppiset ydin-RNA-polymeraasit, joista kukin vastaa tiettyjen geenien transkriptiosta.
"Geeni" ei ole helppo termi määritellä. Yleensä olemme tottuneet kutsumaan "geeniksi" mitä tahansa DNA-sekvenssiä, joka lopulta muuttuu proteiiniksi. Vaikka yllä oleva väite pitääkin paikkansa, on olemassa myös geenejä, joiden lopputuote on RNA (eikä proteiini), tai geenejä, jotka osallistuvat ilmentymisen säätelyyn.
Polymeraaseja on kolmea tyyppiä, joita kutsutaan I:ksi, II:ksi ja III:ksi. Alla kuvailemme niiden toimintoja:
RNA-polymeraasi II
Proteiinia koodaavat geenit – joihin liittyy lähetti-RNA – transkriptoidaan RNA-polymeraasi II:n avulla. Koska se on tärkeä proteiinisynteesissä, se on ollut tutkijoiden eniten tutkima polymeraasi.
Transkriptiotekijät
Nämä entsyymit eivät voi ohjata transkriptioprosessia yksinään; ne tarvitsevat transkriptiotekijöiksi kutsuttujen proteiinien läsnäoloa. Transkriptiotekijöitä on kahdenlaisia: yleisiä ja lisätekijöitä.
Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat proteiinit, jotka osallistuvat kaikkien polymeraasi II -promoottorien transkriptioon . Nämä muodostavat transkription perusmekanismin.
In vitro -järjestelmissä on karakterisoitu viisi yleistä tekijää, jotka ovat välttämättömiä RNA-polymeraasi II:n transkription aloittamiselle. Näillä promoottoreilla on yhteinen konsensussekvenssi, jota kutsutaan "TATA-laatikoksi".
Transkription ensimmäisessä vaiheessa TFIID-niminen tekijä sitoutuu TATA-boksiin. Tämä proteiini on kompleksi, jossa on useita alayksiköitä – niiden joukossa spesifinen sitoutumiskohta boksiin. Se koostuu myös kymmenkunnasta peptideistä, joita kutsutaan TAFeiksi ( TBP:hen liittyvät tekijät ).
Kolmas mukana oleva tekijä on TFIIF. Polymeraasi II:n rekrytoinnin jälkeen transkription aloittamiseen tarvitaan tekijöitä TFIIE ja TFIIH.
RNA-polymeraasi I ja III
Ribosomien RNA:t ovat ribosomien rakenneosia. Ribosomien RNA:n lisäksi ribosomit koostuvat proteiineista ja vastaavat lähetti-RNA-molekyylin muuntamisesta proteiiniksi.
Siirto-RNA:t osallistuvat myös tähän translaatioprosessiin, mikä johtaa aminohapon muodostumiseen, joka liitetään polypeptidiketjuun.
Näitä RNA:ita (ribosomaalinen ja siirto-RNA) transkriptoivat RNA-polymeraasit I ja III. RNA-polymeraasi I on spesifinen suurimpien ribosomaalisten RNA:iden, jotka tunnetaan nimillä 28S, 28S ja 5.8S, transkriptiolle. S viittaa sedimentaatiokertoimeen eli sedimentaationopeuteen sentrifugointiprosessin aikana.
RNA-polymeraasi III vastaa pienten ribosomaalisten RNA:iden (5S) koodaavien geenien transkriptiosta.
Lisäksi RNA-polymeraasi III transkriptoi useita pieniä RNA:ita (muista, että RNA:ta on useita tyyppejä, ei vain tunnetumpia lähetti-, ribosomaali- ja siirto-RNA:ita), kuten pieniä ydin-RNA:ita.
Transkriptiotekijät
Ribosomaalisten geenien transkriptioon yksinomaan varattu RNA-polymeraasi I vaatii toimiakseen useita transkriptiotekijöitä. Ribosomaalista RNA:ta koodaavilla geeneillä on promoottori, joka sijaitsee noin 150 emäsparia transkription aloituskohdan yläpuolella.
Promoottorin tunnistaa kaksi transkriptiotekijää: UBF ja SL1. Nämä sitoutuvat yhteistyössä promoottoriin ja rekrytoivat polymeraasi I:tä muodostaen aloituskompleksin.
Nämä tekijät koostuvat useista proteiinin alayksiköistä. Samoin TBP näyttää olevan yhteinen transkriptiotekijä kaikille kolmelle polymeraasille eukaryooteissa.
RNA-polymeraasi III:lle on tunnistettu transkriptiotekijät TFIIIA, TFIIIB ja TFIIIC. Nämä sitoutuvat transkriptiokompleksiin peräkkäin.
RNA-polymeraasi organelleissa
Yksi eukaryoottien erottavista piirteistä on solunsisäiset osastot, joita kutsutaan organelleiksi. Mitokondriot ja kloroplastit muistuttavat edellä mainittua bakteerien entsyymiä, RNA-polymeraasia. Nämä polymeraasit ovat aktiivisia ja transkriptoivat näissä organelleissa olevaa DNA:ta.
Endosymbioottisen teorian mukaan eukaryootit syntyvät symbioottisessa tapahtumassa, jossa bakteeri ympäröi pienemmän bakteerin. Tämä olennainen evolutiivinen tosiasia selittää mitokondriaalisten polymeraasien ja bakteeripolymeraasien samankaltaisuuden.
Arkeoneissa
Kuten bakteereissa, myös arkeoneissa on vain yksi polymeraasityyppi, joka vastaa kaikkien yksisoluisen organismin geenien transkriptiosta.
Arkeonien RNA-polymeraasi on kuitenkin rakenteeltaan hyvin samanlainen kuin eukaryoottisten RNA-polymeraasien. Niissä on TATA-boksi ja transkriptiotekijöitä, erityisesti TBP ja TFIIB.
Yleisesti ottaen transkriptioprosessi eukaryooteissa on melko samanlainen kuin arkeoneissa.
Erot DNA-polymeraasin kanssa
DNA:n replikaatiota ohjaa entsyymikompleksi nimeltä DNA-polymeraasi. Vaikka tätä entsyymiä verrataan usein RNA-polymeraasiin – molemmat katalysoivat nukleotidiketjun polymeroitumista 5'-3'-suunnassa – se eroaa monella tapaa.
DNA-polymeraasi tarvitsee pienen nukleotidifragmentin, jota kutsutaan alukkeeksi, aloittaakseen molekyylin replikaation. RNA-polymeraasi voi aloittaa synteesin de novo eikä tarvitse ensin mainittua toimiakseen.
DNA-polymeraasi pystyy sitoutumaan useisiin kohtiin kromosomissa, kun taas polymeraasi sitoutuu vain geenipromoottoreihin.
Entsyymivirheiden oikolukumekanismien osalta DNA-polymeraasin mekanismit ovat paljon paremmin tunnettuja, koska ne voivat korjata virheellisesti polymeroituneita nukleotideja.
Viitteet
- Cooper, GM, Hausman, RE ja Hausman, RE (2000).Solu: molekyylitason lähestymistapa (Vol. 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … ja Matsudaira, P. (2008).Molekyylisolubiologia Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J ym. (2002) Solun molekyylibiologia. 4. painos. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetiikka: Käsitteellinen lähestymistapa Pan-American Medical Ed.
- Lewin, B. (1975).geenien ilmentyminen . UMI-kirjat tilauksesta.