RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarioti, eukarioti

Iniciranje » Znanost » Biologija » RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarioti, eukarioti

RNA polimeraza je enzim neophodan za transkripciju DNA u RNA. Odgovorna je za sintezu molekula RNA iz DNA predloška. Struktura RNA polimeraze je visoko konzervirana u svim organizmima, od bakterija do ljudi.

U prokariotima, poput bakterija, RNA polimeraza se sastoji od nekoliko podjedinica koje zajedno rade na prepoznavanju DNA promotora i pokretanju transkripcije. U eukariotima, RNA polimeraza je složenija i podijeljena je u nekoliko oblika koji transkribiraju različite vrste RNA, kao što su informacijska RNA, ribosomska RNA i transferna RNA.

Uz svoju primarnu funkciju u transkripciji DNA, RNA polimeraza također igra važnu ulogu u regulaciji ekspresije gena, reagirajući na unutarnje i vanjske signale te aktivirajući ili deaktivirajući transkripciju specifičnih gena. Ukratko, RNA polimeraza je temeljni enzim za sintezu RNA u svim organizmima, igrajući ključnu ulogu u ekspresiji gena i staničnoj funkciji.

Kontrola aktivnosti RNA polimeraze: regulatorni mehanizmi unutar stanice.

RNA polimeraza je enzim neophodan za sintezu RNA u svim organizmima. Igra temeljnu ulogu u transkripciji DNA u informacijsku RNA, koja se zatim prevodi u proteine. Regulacija aktivnosti RNA polimeraze ključna je za kontrolu ekspresije gena i, posljedično, stanične homeostaze.

Postoji nekoliko mehanizama za regulaciju aktivnosti RNA polimeraze, kako u prokariota tako i u eukariota. U prokariota, regulacija se odvija prvenstveno putem proteina zvanih sigma faktori, koji se vežu na RNA polimerazu i usmjeravaju njezinu aktivnost na specifične promotore. Nadalje, vezanje aktivatorskih ili represorskih proteina na DNA može modulirati interakciju RNA polimeraze s promotorom, čime se kontrolira inicijacija transkripcije.

U eukariota, regulacija aktivnosti RNA polimeraze je složenija i uključuje niz pomoćnih proteina i posttranslacijskih modifikacija. Na primjer, fosforilacija RNA polimeraze pomoću ciklin-ovisne kinaze može stimulirati ili inhibirati transkripciju određenih gena. Nadalje, transkripcijski faktori poput aktivatora i represora mogu stupiti u interakciju s RNA polimerazom i regulirati njezinu aktivnost.

Ukratko, regulacija aktivnosti RNA polimeraze ključan je proces za pravilnu ekspresiju gena unutar stanice. Razumijevanje ovih regulatornih mehanizama temeljno je za razvoj novih terapija i napredak molekularne biologije.

Razlike u proizvodnji mRNA između eukariota i prokariota: razumjeti glavne razlike.

Sinteza informacijske RNK (mRNK) je temeljni proces u ekspresiji gena, koji se značajno razlikuje između eukariota i prokariota. Jedna od glavnih razlika povezana je s RNK polimerazom , enzimom odgovornim za sintezu RNK iz DNK.

U prokariota, RNA polimeraza se sastoji od jedne podjedinice, dok se u eukariota sastoji od više podjedinica. Ova strukturna složenost daje eukariotskoj RNA polimerazi sposobnost preciznijeg i reguliranijeg prepoznavanja i transkripcije specifičnih regija DNA, poput promotora i pojačivača.

Nadalje, transkripcijska regulacija je složenija kod eukariota i uključuje interakciju transkripcijskih faktora, modifikacija histona i specijaliziranih RNA polimeraza za transkripciju različitih vrsta gena. Kod prokariota je transkripcija izravnija i manje regulirana, što rezultira bržom i učinkovitijom proizvodnjom mRNA.

Ove razlike u proizvodnji mRNA između eukariota i prokariota imaju značajne implikacije za regulaciju ekspresije gena i stanične funkcije u cjelini. Razumijevanje razlika u strukturi i funkciji RNA polimeraze ključno je za razjašnjavanje mehanizama koji kontroliraju ekspresiju gena u različitim vrstama organizama.

Polimeraza: razumjeti njezinu važnost u replikaciji DNA i RNA.

Polimeraza je esencijalni enzim u procesu replikacije DNK i RNK. Njegova je funkcija sintetizirati nove nukleotidne lance iz postojeće molekule DNK ili RNK. Polimeraza djeluje kao "molekularni pisaći stroj", kopirajući genetske informacije i osiguravajući njihov ispravan prijenos stanicama kćerima.

U slučaju RNA polimeraze, ovaj enzim je odgovoran za transkripciju DNA u molekule informacijske RNA (mRNA), koje se kasnije prevode u proteine. RNA polimeraza je bitna za ekspresiju gena i sintezu proteina koji su temeljni za staničnu funkciju.

Struktura RNA polimeraze varira između prokariota i eukariota. U prokariotima, RNA polimeraza se sastoji od nekoliko podjedinica, uključujući sigma podjedinicu, koja prepoznaje promotor gena i pokreće transkripciju. U eukariotima, RNA polimeraza je složenija, sastoji se od više podjedinica koje su odgovorne za regulaciju transkripcije različitih vrsta RNA.

RNA polimeraza igra ključnu ulogu u regulaciji ekspresije gena, kontrolirajući koji se geni transkribiraju i kada. Na nju može utjecati nekoliko čimbenika, kao što su stanični signali, regulatorni proteini i epigenetičke modifikacije.

Ukratko, RNA polimeraza je temeljni enzim za replikaciju DNA i RNA, koji igra ključnu ulogu u sintezi molekula informacijske RNA i regulaciji ekspresije gena. Njeno precizno i ​​učinkovito funkcioniranje ključno je za održavanje integriteta genoma i pravilne stanične funkcije.

Vrste RNA polimeraza koje se nalaze u eukariotskim organizmima: detaljna analiza.

RNA polimeraze su esencijalni enzimi za transkripciju DNA u RNA, temeljni proces za ekspresiju gena u organizmima. U eukariotskim organizmima postoje tri glavne vrste RNA polimeraza, a svaka je odgovorna za transkripciju različitih vrsta gena.

RNA polimeraza I odgovorna je za transkripciju gena koji kodiraju ribosomsku RNA (rRNA). Ova vrsta RNA bitna je za sintezu proteina u eukariotskim stanicama. RNA polimeraza II odgovorna je za transkripciju gena koji kodiraju informacijsku RNA (mRNA), koja sadrži genetske informacije za sintezu proteina. Konačno, RNA polimeraza III odgovorna je za transkripciju gena koji kodiraju transfernu RNA (tRNA) i druge vrste malih RNA.

Svaka RNA polimeraza sastoji se od nekoliko podjedinica koje obavljaju specifične funkcije tijekom procesa transkripcije. RNA polimeraza II, na primjer, sastoji se od 12 različitih podjedinica koje zajedno rade na točnoj i učinkovitoj sintezi informacijske RNA.

Nadalje, RNA polimeraze u eukariotskim organizmima regulirane su s nekoliko transkripcijskih faktora koji kontroliraju ekspresiju gena kao odgovor na unutarnje i vanjske podražaje. Ovi transkripcijski faktori osiguravaju da se geni transkribiraju u ispravnom vremenu i u ispravnim količinama, osiguravajući staničnu homeostazu.

Ukratko, RNA polimeraze igraju temeljnu ulogu u transkripciji DNA u RNA u eukariotskim organizmima, osiguravajući ispravnu ekspresiju gena i sintezu proteina bitnih za preživljavanje stanica.

RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarioti, eukarioti

RNA polimeraza je enzimski kompleks odgovoran za posredovanje polimerizacije molekule RNA iz DNA sekvence koristeći je kao predložak. Ovaj proces je prvi korak u ekspresiji gena i naziva se transkripcija. RNA polimeraza se veže na DNA u vrlo specifičnoj regiji poznatoj kao promotor.

Ovaj enzim - i proces transkripcije općenito - složeniji je kod eukariota nego kod prokariota. Eukarioti posjeduju više RNA polimeraza specijaliziranih za određene tipove gena, za razliku od prokariota, gdje se svi geni transkribiraju jednom klasom polimeraza.

Povećana složenost unutar eukariotskog porijekla u elementima povezanim s transkripcijom vjerojatno je povezana sa sofisticiranijim sustavom regulacije gena tipičnim za višestanične organizme.

Kod arheja je transkripcija slična procesu koji se događa kod eukariota, iako imaju samo jednu polimerazu.

Polimeraze ne djeluju same. Da bi proces transkripcije ispravno započeo, potrebna je prisutnost proteinskih kompleksa koji se nazivaju transkripcijski faktori.

Struktura

Najbolje okarakterizirane RNA polimeraze su bakterijske polimeraze. Sastoje se od više polipeptidnih lanaca. Enzim ima nekoliko podjedinica, katalogiziranih kao α, β, β′ i σ. Pokazalo se da posljednja podjedinica ne sudjeluje izravno u katalizi, ali je uključena u specifično vezanje DNA.

Zapravo, ako eliminiramo σ podjedinicu, polimeraza i dalje može katalizirati s njom povezanu reakciju, ali u pogrešnim regijama.

α podjedinica ima masu od 40.000 1 daltona i postoje dvije. Od β i β′ podjedinica postoji samo jedna, a imaju masu od 155.000 160.000 odnosno XNUMX XNUMX daltona.

Ove tri strukture nalaze se u jezgri enzima, dok se σ podjedinica nalazi dalje i naziva se sigma faktor. Cijeli enzim - ili holoenzim - ima ukupnu težinu od približno 480.000 XNUMX daltona.

Struktura RNA polimeraze uvelike varira i ovisi o proučavanoj skupini. Međutim, u svim organizmima to je složeni enzim sastavljen od nekoliko jedinica.

Uloge

Funkcija RNA polimeraze je polimerizacija nukleotida RNA lanca, izgrađenog od DNA kalupa.

Sve informacije potrebne za izgradnju i razvoj organizma zapisane su u njegovoj DNK. Međutim, te se informacije ne prevode izravno u proteine. Potreban je međukorak za prijenos informacija na molekulu informacijske RNK.

Ova transformacija jezika DNK u RNK posredovana je RNK polimerazom, a fenomen se naziva transkripcija. Ovaj proces je sličan replikaciji DNK.

U prokariotima

Prokarioti su jednostanični organizmi bez definirane jezgre. Od svih prokariota, najproučavaniji organizam je Escherichia coli . Ova bakterija je normalni stanovnik našeg mikrobiota i idealan je model za genetičare.

RNA polimeraza je prvi put izolirana u ovom organizmu, a većina transkripcijskih studija provedena je na E. coli. U jednoj stanici ove bakterije možemo pronaći do 7000 molekula polimeraze.

Za razliku od eukariota koji imaju tri vrste RNA polimeraza, kod prokariota sve gene obrađuje jedna vrsta polimeraze.

U eukariotima

Što je gen?

Eukarioti su organizmi koji posjeduju jezgru vezanu za membranu i razne organele. Eukariotske stanice karakteriziraju tri vrste nuklearnih RNA polimeraza, od kojih je svaka odgovorna za transkripciju specifičnih gena.

"Gen" nije jednostavan pojam za definirati. Obično smo navikli nazivati ​​bilo koji DNA niz koji se u konačnici prevodi u protein "genom". Iako je gornja tvrdnja istinita, postoje i geni čiji je konačni produkt RNA (a ne protein) ili geni uključeni u regulaciju ekspresije.

Postoje tri vrste polimeraza, nazvane I, II i III. U nastavku ćemo opisati njihove funkcije:

RNA polimeraza II

Geni koji kodiraju proteine, a koji uključuju informacijsku RNA, transkribiraju se pomoću RNA polimeraze II. Zbog svoje važnosti u sintezi proteina, istraživači su je najviše proučavali među polimerazama.

Transkripcijski faktori

Ti enzimi ne mogu sami usmjeravati proces transkripcije; potrebna im je prisutnost proteina koji se nazivaju transkripcijski faktori. Mogu se razlikovati dvije vrste transkripcijskih faktora: opći i dodatni.

Prva skupina uključuje proteine ​​uključene u transkripciju svih promotora polimeraze II. Oni čine osnovni mehanizam transkripcije.

U in vitro sustavima karakterizirano je pet općih čimbenika neophodnih za inicijaciju transkripcije putem RNA polimeraze II. Ovi promotori dijele konsenzusnu sekvencu nazvanu "TATA kutija".

Prvi korak u transkripciji uključuje vezanje faktora zvanog TFIID na TATA kutiju. Ovaj protein je kompleks s nekoliko podjedinica - među njima i specifičnim mjestom vezanja za kutiju. Također se sastoji od dvanaest peptida zvanih TAF ( faktori povezani s TBP-om ).

Treći uključeni faktor je TFIIF. Nakon regrutiranja polimeraze II, faktori TFIIE i TFIIH potrebni su za inicijaciju transkripcije.

RNA polimeraza I i III

Ribosomske RNA su strukturni elementi ribosoma. Osim ribosomske RNA, ribosomi su građeni od proteina i odgovorni su za prevođenje molekule informacijske RNA u protein.

Transferne RNA također sudjeluju u ovom procesu translacije, što dovodi do stvaranja aminokiseline koja će se ugraditi u polipeptidni lanac.

Ove RNA (ribosomske i transferne) transkribiraju se pomoću RNA polimeraza I i III. RNA polimeraza I specifična je za transkripciju najvećih ribosomskih RNA, poznatih kao 28S, 28S i 5.8S. S se odnosi na koeficijent sedimentacije, odnosno brzinu sedimentacije tijekom procesa centrifugiranja.

RNA polimeraza III odgovorna je za transkripciju gena koji kodiraju male ribosomske RNA (5S).

Osim toga, brojne male RNA (imajte na umu da postoji nekoliko vrsta RNA, ne samo poznatije glasničke, ribosomske i transferne RNA), kao što su male nuklearne RNA, transkribiraju se pomoću RNA polimeraze III.

Transkripcijski faktori

RNA polimeraza I, rezervirana isključivo za transkripciju ribosomskih gena, zahtijeva nekoliko transkripcijskih faktora za svoju aktivnost. Geni koji kodiraju ribosomsku RNA imaju promotor smješten oko 150 baznih parova uzvodno od mjesta početka transkripcije.

Promotor prepoznaju dva transkripcijska faktora: UBF i SL1. Oni se kooperativno vežu za promotor i regrutiraju polimerazu I, tvoreći inicijacijski kompleks.

Ovi faktori se sastoje od nekoliko proteinskih podjedinica. Slično tome, čini se da je TBP zajednički transkripcijski faktor za sve tri polimeraze u eukariotima.

Za RNA polimerazu III identificirani su transkripcijski faktori TFIIIA, TFIIIB i TFIIIC. Oni se sekvencijalno vežu za transkripcijski kompleks.

RNA polimeraza u organelama

Jedna od prepoznatljivih značajki eukariota su subcelularni odjeljci koji se nazivaju organele. Mitohondriji i kloroplasti podsjećaju na spomenuti enzim, RNA polimerazu, u bakterijama. Ove polimeraze su aktivne i transkribiraju DNK koja se nalazi u tim organelama.

Prema endosimbiotskoj teoriji, eukarioti nastaju simbiotskim događajem u kojem je bakterija obuhvatila manju bakteriju. Ova relevantna evolucijska činjenica objašnjava sličnost između mitohondrijskih polimeraza i bakterijskih polimeraza.

U arhejama

Kao i kod bakterija, kod arheja postoji samo jedna vrsta polimeraze odgovorna za transkripciju svih gena jednoćelijskog organizma.

Međutim, arhealna RNA polimeraza je vrlo slična po strukturi eukariotskim RNA polimerazama. Imaju TATA kutiju i transkripcijske faktore, posebno TBP i TFIIB.

Općenito, proces transkripcije kod eukariota je prilično sličan onome kod arheja.

Razlike s DNA polimerazom

Replikaciju DNK orkestrira enzimski kompleks koji se naziva DNK polimeraza. Iako se ovaj enzim često uspoređuje s RNA polimerazom - oba kataliziraju polimerizaciju nukleotidnog lanca u smjeru od 5' do 3' - razlikuje se na nekoliko načina.

DNA polimeraza treba mali nukleotidni fragment za pokretanje replikacije molekule, nazvan primer. RNA polimeraza može započeti sintezu de novo i ne treba joj prvi za svoju aktivnost.

DNA polimeraza se može vezati na više mjesta duž kromosoma, dok se polimeraza veže samo na promotore gena.

Što se tiče mehanizama enzimske korekture , oni DNA polimeraze su mnogo poznatiji, jer mogu ispraviti pogrešne nukleotide koji su pogrešno polimerizirani.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE; i Hausman, RE (2000).Stanica: molekularni pristup (Svezak 2). Washington, DC: ASM Press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … i Matsudaira, P. (2008).Molekularna stanična biologija Macmillan
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J i dr. (2002.) Molekularna biologija stanice. 4. izdanje. New York: Garland Science
4. Pierce, B.A. (2009).Genetika: Konceptualni pristup Panameričko medicinsko izd.
5. Lewin, B. (1975.).ekspresija gena UMI knjige na zahtjev.