RNS polimerāze ir enzīms, kas ir būtisks DNS transkripcijai RNS. Tā ir atbildīga par RNS molekulu sintezēšanu no DNS matricas. RNS polimerāzes struktūra ir ļoti konservatīva visos organismos, sākot no baktērijām līdz cilvēkiem.
Prokariotos, piemēram, baktērijās, RNS polimerāze sastāv no vairākām apakšvienībām, kas darbojas kopā, lai atpazītu DNS promotorus un uzsāktu transkripciju. Eikariotos RNS polimerāze ir sarežģītāka, jo tā ir sadalīta vairākās formās, kas transkribē dažāda veida RNS, piemēram, ziņneša RNS, ribosomu RNS un pārneses RNS.
Papildus galvenajai funkcijai DNS transkripcijā, RNS polimerāzei ir arī svarīga loma gēnu ekspresijas regulēšanā, reaģējot uz iekšējiem un ārējiem signāliem un aktivizējot vai deaktivizējot specifisku gēnu transkripciju. Īsāk sakot, RNS polimerāze ir fundamentāls enzīms RNS sintēzei visos organismos, kam ir izšķiroša loma gēnu ekspresijā un šūnu funkcijā.
RNS polimerāzes aktivitātes kontrole: regulēšanas mehānismi šūnā.
RNS polimerāze ir enzīms, kas ir būtisks RNS sintēzei visos organismos. Tai ir būtiska loma DNS transkripcijā par ziņneša RNS, kas savukārt tiek translēta olbaltumvielās. RNS polimerāzes aktivitātes regulēšana ir izšķiroša gēnu ekspresijas kontrolei un līdz ar to arī šūnu homeostāzei.
Gan prokariotos, gan eikariotos pastāv vairāki RNS polimerāzes aktivitātes regulēšanas mehānismi. Prokariotos regulācija galvenokārt notiek ar olbaltumvielu, ko sauc par sigma faktoriem, palīdzību, kas saistās ar RNS polimerāzi un virza tās aktivitāti uz specifiskiem promotoriem. Turklāt aktivatora vai represora olbaltumvielu saistīšanās ar DNS var modulēt RNS polimerāzes mijiedarbību ar promotoru, tādējādi kontrolējot transkripcijas iniciāciju.
Eikariotos RNS polimerāzes aktivitātes regulēšana ir sarežģītāka, iesaistot dažādus papildu proteīnus un pēctranslācijas modifikācijas. Piemēram, RNS polimerāzes fosforilēšana ar ciklīnatkarīgu kināzi var stimulēt vai kavēt noteiktu gēnu transkripciju. Turklāt transkripcijas faktori, piemēram, aktivatori un represori, var mijiedarboties ar RNS polimerāzi un regulēt tās aktivitāti.
Rezumējot, RNS polimerāzes aktivitātes regulēšana ir izšķirošs process pareizai gēnu ekspresijai šūnā. Šo regulēšanas mehānismu izpratne ir būtiska jaunu terapiju izstrādei un molekulārās bioloģijas attīstībai.
Atšķirības mRNS producēšanā starp eikariotiem un prokariotiem: izprotiet galvenās atšķirības.
Ziņojošās RNS (mRNS) sintēze ir fundamentāls gēnu ekspresijas process, kas būtiski atšķiras starp eikariotiem un prokariotiem. Viena no galvenajām atšķirībām ir saistīta ar RNS polimerāzi — enzīmu, kas atbild par RNS sintezēšanu no DNS.
Prokariotos RNS polimerāze sastāv no vienas apakšvienības, savukārt eikariotos tā sastāv no vairākām apakšvienībām. Šī strukturālā sarežģītība dod eikariotu RNS polimerāzei spēju precīzāk un ar lielāku regulāciju atpazīt un transkribēt specifiskus DNS reģionus, piemēram, promotorus un enhansus.
Turklāt transkripcijas regulācija eikariotos ir sarežģītāka, ietverot transkripcijas faktoru, histonu modifikāciju un specializētu RNS polimerāžu mijiedarbību, lai transkribētu dažāda veida gēnus. Prokariotos transkripcija ir tiešāka un mazāk regulēta, kā rezultātā mRNS ražošana notiek ātrāk un efektīvāk.
Šīs mRNS ražošanas atšķirības starp eikariotiem un prokariotiem būtiski ietekmē gēnu ekspresijas regulēšanu un šūnu funkciju kopumā. Izpratne par RNS polimerāzes struktūras un funkcijas atšķirībām ir būtiska, lai noskaidrotu mehānismus, kas kontrolē gēnu ekspresiju dažādos organismu veidos.
Polimerāze: izprast tās nozīmi DNS un RNS replikācijā.
Polimerāze ir būtisks enzīms DNS un RNS replikācijas procesā. Tās funkcija ir sintezēt jaunas nukleotīdu ķēdes no esošas DNS vai RNS molekulas. Polimerāze darbojas kā "molekulārā rakstāmmašīna", kopējot ģenētisko informāciju un nodrošinot tās pareizu pārraidi meitas šūnām.
RNS polimerāzes gadījumā šis enzīms ir atbildīgs par DNS pārvēršanu ziņneša RNS (mRNS) molekulās, kuras vēlāk tiek translētas olbaltumvielās. RNS polimerāze ir būtiska gēnu ekspresijai un olbaltumvielu sintēzei, kas ir būtiska šūnu funkcijai.
RNS polimerāzes struktūra prokariotos un eikariotos atšķiras. Prokariotos RNS polimerāze sastāv no vairākām apakšvienībām, tostarp sigma apakšvienības, kas atpazīst gēna promotoru un uzsāk transkripciju. Eikariotos RNS polimerāze ir sarežģītāka, sastāvot no vairākām apakšvienībām, kas ir atbildīgas par dažādu RNS veidu transkripcijas regulēšanu.
RNS polimerāzei ir izšķiroša loma gēnu ekspresijas regulēšanā, kontrolējot, kuri gēni tiek transkribēti un kad. To var ietekmēt vairāki faktori, piemēram, šūnu signāli, regulējošie proteīni un epigenetiskas modifikācijas.
Rezumējot, RNS polimerāze ir fundamentāls enzīms DNS un RNS replikācijai, kam ir izšķiroša loma ziņneša RNS molekulu sintēzē un gēnu ekspresijas regulēšanā. Tās precīza un efektīva darbība ir būtiska genoma integritātes un pareizas šūnu funkcijas saglabāšanai.
Eikariotu organismos atrodamo RNS polimerāžu veidi: detalizēta analīze.
RNS polimerāzes ir svarīgi enzīmi DNS transkripcijai RNS, kas ir fundamentāls gēnu ekspresijas process organismos. Eikariotu organismos ir trīs galvenie RNS polimerāžu veidi, katrs no tiem ir atbildīgs par dažādu gēnu veidu transkripciju.
RNS polimerāze I ir atbildīga par ribosomu RNS (rRNS) kodējošo gēnu transkripciju. Šāda veida RNS ir būtiska olbaltumvielu sintēzei eikariotu šūnās. RNS polimerāze II ir atbildīga par gēnu, kas kodē ziņneša RNS (mRNS), transkripciju, kas satur ģenētisko informāciju olbaltumvielu sintēzei. Visbeidzot, RNS polimerāze III ir atbildīga par gēnu, kas kodē pārneses RNS (tRNS) un cita veida mazas RNS, transkripciju.
Katra RNS polimerāze sastāv no vairākām apakšvienībām, kas transkripcijas procesā veic specifiskas funkcijas. Piemēram, RNS polimerāze II sastāv no 12 dažādām apakšvienībām, kas darbojas kopā, lai precīzi un efektīvi sintezētu kurjera RNS.
Turklāt RNS polimerāzes eikariotu organismos regulē vairāki transkripcijas faktori, kas kontrolē gēnu ekspresiju, reaģējot uz iekšējiem un ārējiem stimuliem. Šie transkripcijas faktori nodrošina, ka gēni tiek transkribēti pareizajā laikā un pareizajā daudzumā, nodrošinot šūnu homeostāzi.
Rezumējot, RNS polimerāzēm ir būtiska loma DNS transkripcijā RNS eikariotu organismos, nodrošinot pareizu gēnu ekspresiju un olbaltumvielu sintēzi, kas ir būtiska šūnu izdzīvošanai.
RNS polimerāze: struktūra, funkcijas, prokarioti, eikarioti
RNS polimerāze ir enzīmu komplekss, kas atbild par RNS molekulas polimerizāciju no DNS sekvences, izmantojot to kā matricu. Šis process ir pirmais solis gēnu ekspresijā un tiek saukts par transkripciju. RNS polimerāze saistās ar DNS ļoti specifiskā reģionā, kas pazīstams kā promotors.
Šis enzīms un transkripcijas process kopumā eikariotos ir sarežģītāks nekā prokariotos. Eikariotiem ir vairākas RNS polimerāzes, kas specializējas specifiskiem gēnu tipiem, atšķirībā no prokariotiem, kur visus gēnus transkribē viena polimerāzes klase.
Avots: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Paaugstināta sarežģītība eikariotu līnijā transkripcijas elementos, iespējams, ir saistīta ar sarežģītāku gēnu regulēšanas sistēmu, kas raksturīga daudzšūnu organismiem.
Arhejās transkripcija ir līdzīga procesam, kas notiek eikariotos, lai gan tiem ir tikai viena polimerāze.
Polimerāzes nedarbojas vienas pašas. Lai transkripcijas process sāktos pareizi, ir nepieciešami olbaltumvielu kompleksi, ko sauc par transkripcijas faktoriem.
Struktūra
Vislabāk raksturotās RNS polimerāzes ir baktēriju polimerāzes. Tās sastāv no vairākām polipeptīdu ķēdēm. Enzīmam ir vairākas apakšvienības, kas katalogizētas kā α, β, β′ un σ. Ir pierādīts, ka pēdējā apakšvienība tieši nepiedalās katalīzē, bet ir iesaistīta specifiskā DNS saistīšanā.
Faktiski, ja mēs likvidējam σ apakšvienību, polimerāze joprojām var katalizēt ar to saistīto reakciju, bet nepareizajos reģionos.
α apakšvienības masa ir 40.000 1 daltonu, un to ir divas. β un β′ apakšvienības ir tikai viena, un to masa ir attiecīgi 155.000 160.000 un XNUMX XNUMX daltonu.
Šīs trīs struktūras atrodas enzīma kodolā, savukārt σ apakšvienība atrodas tālāk un tiek saukta par sigma faktoru. Pilnīga enzīma jeb holoenzīma kopējais svars ir aptuveni 480.000 XNUMX daltonu.
RNS polimerāzes struktūra ir ļoti atšķirīga un atkarīga no pētāmās grupas. Tomēr visos organismos tas ir sarežģīts enzīms, kas sastāv no vairākām vienībām.
Funkcijas
RNS polimerāzes funkcija ir polimerizēt RNS ķēdes nukleotīdus, kas veidoti no DNS veidnes.
Visa organisma uzbūvei un attīstībai nepieciešamā informācija ir ierakstīta tā DNS. Tomēr šī informācija netiek tieši pārvērsta olbaltumvielās. Lai informāciju pārnestu uz ziņneša RNS molekulu, ir nepieciešams starpposms.
Šo DNS valodas pārveidošanu RNS veic RNS polimerāze, un šo parādību sauc par transkripciju. Šis process ir līdzīgs DNS replikācijai.
Prokariotos
Prokarioti ir vienšūnas organismi bez noteikta kodola. No visiem prokariotiem visvairāk pētītais organisms ir Escherichia coli . Šī baktērija ir normāls mūsu mikrobiotas iemītnieks un ir bijis ideāls modelis ģenētiķiem.
RNS polimerāze pirmo reizi tika izolēta šajā organismā, un lielākā daļa transkripcijas pētījumu ir veikti ar E. coli. Vienā šīs baktērijas šūnā var atrast līdz pat 7000 polimerāzes molekulām.
Atšķirībā no eikariotiem, kuriem ir trīs veidu RNS polimerāzes, prokariotos visus gēnus apstrādā viena veida polimerāze.
Eikariotos
Kas ir gēns?
Eikarioti ir organismi, kuriem ir ar membrānu saistīts kodols un dažādas organellas. Eikariotu šūnām raksturīgi trīs veidu kodola RNS polimerāzes, katra no kurām ir atbildīga par specifisku gēnu transkripciju.
"Gēns" nav viegli definējams termins. Parasti mēs esam pieraduši jebkuru DNS secību, kas galu galā pārvēršas olbaltumvielā, saukt par "gēnu". Lai gan iepriekš minētais apgalvojums ir patiess, pastāv arī gēni, kuru gala produkts ir RNS (nevis olbaltumviela), vai gēni, kas iesaistīti ekspresijas regulēšanā.
Ir trīs polimerāžu veidi, ko sauc par I, II un III. Tālāk mēs aprakstīsim to funkcijas:
RNS polimerāze II
Olbaltumvielas kodējošos gēnus, kas ietver ziņneses RNS, transkribē RNS polimerāze II. Tā nozīmes dēļ olbaltumvielu sintēzē tā ir visvairāk pētītā polimerāze.
Transkripcijas faktori
Šie enzīmi paši nevar vadīt transkripcijas procesu; tiem nepieciešamas olbaltumvielas, ko sauc par transkripcijas faktoriem. Var izšķirt divu veidu transkripcijas faktorus: vispārējos un papildu faktorus.
Pirmajā grupā ietilpst proteīni, kas iesaistīti visu polimerāzes II promotoru transkripcijā . Tie veido transkripcijas pamatmehānismu.
In vitro sistēmās ir raksturoti pieci vispārīgi faktori, kas ir nepieciešami transkripcijas uzsākšanai ar RNS polimerāzi II. Šiem promotoriem ir kopīga konsensa secība, ko sauc par "TATA lodziņu".
Pirmais transkripcijas solis ietver faktora, ko sauc par TFIID, saistīšanos ar TATA lodziņu. Šis proteīns ir komplekss ar vairākām apakšvienībām, starp kurām ir specifiska saistīšanās vieta lodziņam. Tas sastāv arī no divpadsmit peptīdiem, ko sauc par TAF (ar TBP saistītiem faktoriem ).
Trešais iesaistītais faktors ir TFIIF. Pēc polimerāzes II piesaistes transkripcijas uzsākšanai ir nepieciešami faktori TFIIE un TFIIH.
RNS polimerāze I un III
Ribosomu RNS ir ribosomu strukturālie elementi. Papildus ribosomu RNS ribosomas sastāv no olbaltumvielām un ir atbildīgas par ziņneša RNS molekulas translāciju olbaltumvielās.
Šajā translācijas procesā piedalās arī pārneses RNS, kā rezultātā veidojas aminoskābe, kas tiks iekļauta polipeptīdu ķēdē.
Šīs RNS (ribosomālās un pārneses) transkribē RNS polimerāzes I un III. RNS polimerāze I ir specifiska lielāko ribosomālo RNS, kas pazīstamas kā 28S, 28S un 5.8S, transkripcijai. S apzīmē sedimentācijas koeficientu, t. i., sedimentācijas ātrumu centrifugēšanas procesa laikā.
RNS polimerāze III ir atbildīga par gēnu, kas kodē mazas ribosomālas RNS (5S), transkripciju.
Turklāt RNS polimerāze III transkribē vairākas mazas RNS (atcerieties, ka pastāv vairāki RNS veidi, ne tikai labāk pazīstamās ziņneša, ribosomu un pārneses RNS), piemēram, mazas kodola RNS.
Transkripcijas faktori
RNS polimerāze I, kas paredzēta tikai ribosomu gēnu transkripcijai, tās aktivitātei nepieciešami vairāki transkripcijas faktori. Gēniem, kas kodē ribosomu RNS, ir promotors, kas atrodas aptuveni 150 bāzes pārus augšpus transkripcijas sākuma vietas.
Promotoru atpazīst divi transkripcijas faktori: UBF un SL1. Tie kooperatīvi saistās ar promotoru un piesaista polimerāzi I, veidojot iniciācijas kompleksu.
Šie faktori sastāv no vairākām olbaltumvielu apakšvienībām. Līdzīgi, TBP, šķiet, ir kopīgs transkripcijas faktors visām trim polimerāzēm eikariotos.
RNS polimerāzei III ir identificēti transkripcijas faktori TFIIIA, TFIIIB un TFIIIC. Tie secīgi saistās ar transkripcijas kompleksu.
RNS polimerāze organellās
Viena no eikariotu atšķirīgajām iezīmēm ir subcelulārie nodalījumi, ko sauc par organellām. Mitohondriji un hloroplasti atgādina iepriekšminēto baktēriju enzīmu RNS polimerāzi. Šīs polimerāzes ir aktīvas un transkribē DNS, kas atrodas šajās organellās.
Saskaņā ar endosimbiotisko teoriju eikarioti rodas simbiotiska notikuma rezultātā, kurā baktērija apņem mazāku baktēriju. Šis būtiskais evolūcijas fakts izskaidro mitohondriju polimerāžu un baktēriju polimerāžu līdzību.
Arhejās
Tāpat kā baktērijās, arī arhejās ir tikai viena veida polimerāze, kas ir atbildīga par visu vienšūnu organisma gēnu transkripciju.
Tomēr arheju RNS polimerāze pēc struktūras ir ļoti līdzīga eikariotu RNS polimerāzēm. Tām ir TATA lodziņš un transkripcijas faktori, īpaši TBP un TFIIB.
Kopumā transkripcijas process eikariotos ir diezgan līdzīgs tam, kas atrodams arhejās.
Atšķirības ar DNS polimerāzi
DNS replikāciju vada enzīmu komplekss, ko sauc par DNS polimerāzi. Lai gan šo enzīmu bieži salīdzina ar RNS polimerāzi — abas katalizē nukleotīdu ķēdes polimerizāciju 5' līdz 3' virzienā —, tas atšķiras vairākos veidos.
DNS polimerāzei ir nepieciešams neliels nukleotīdu fragments, lai uzsāktu molekulas replikāciju, ko sauc par praimeri. RNS polimerāze var uzsākt sintēzi de novo , un tās aktivitātei pirmais nav nepieciešams.
DNS polimerāze spēj saistīties ar vairākām vietām gar hromosomu, turpretī polimerāze saistās tikai ar gēnu promotoriem.
Runājot par enzīmu korektūras mehānismiem , DNS polimerāzes mehānismi ir daudz labāk zināmi, jo tie var labot kļūdainus nukleotīdus, kas polimerizēti kļūdas dēļ.
Atsauces
- Kūpers, Ģ. M., Hausmans, R. E. un Hausmans, R. E. (2000).Šūna: molekulāra pieeja (2. sējums). Vašingtona, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … un Matsudaira, P. (2008).Molekulārā šūnu bioloģija Makmilans
- Alberts B., Džonsons A., Lūiss Dž. u.c. (2002) Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Science
- Pīrss, B.A. (2009).Ģenētika: konceptuāla pieeja Panamerikāņu medicīnas izd.
- Levins, B. (1975).gēnu ekspresija . UMI grāmatas pēc pieprasījuma.