RNA-polymerase er et enzym som er essensielt for transkripsjonen av DNA til RNA. Det er ansvarlig for å syntetisere RNA-molekyler fra en DNA-mal. Strukturen til RNA-polymerase er svært konservert i alle organismer, fra bakterier til mennesker.
I prokaryoter, som bakterier, er RNA-polymerase sammensatt av flere underenheter som samarbeider for å gjenkjenne DNA-promotorer og starte transkripsjon. I eukaryoter er RNA-polymerase mer kompleks, og er delt inn i flere former som transkriberer forskjellige typer RNA, som budbringer-RNA, ribosomalt RNA og transfer-RNA.
I tillegg til sin primære funksjon i DNA-transkripsjon, spiller RNA-polymerase også en viktig rolle i å regulere genuttrykk, reagere på interne og eksterne signaler og aktivere eller deaktivere transkripsjonen av spesifikke gener. Kort sagt, RNA-polymerase er et grunnleggende enzym for RNA-syntese i alle organismer, og spiller en avgjørende rolle i genuttrykk og cellefunksjon.
Kontroll av RNA-polymeraseaktivitet: reguleringsmekanismer i cellen.
RNA-polymerase er et enzym som er essensielt for RNA-syntese i alle organismer. Det spiller en fundamental rolle i transkripsjonen av DNA til budbringer-RNA, som igjen oversettes til proteiner. Regulering av RNA-polymeraseaktivitet er avgjørende for å kontrollere genuttrykk og dermed cellulær homeostase.
Det finnes flere mekanismer for å regulere RNA-polymeraseaktivitet, både i prokaryoter og eukaryoter. I prokaryoter skjer reguleringen primært gjennom proteiner kalt sigmafaktorer, som binder seg til RNA-polymerase og retter aktiviteten mot spesifikke promotorer. Videre kan bindingen av aktivator- eller repressorproteiner til DNA modulere interaksjonen mellom RNA-polymerase og promoteren, og dermed kontrollere transkripsjonsinitieringen.
Hos eukaryoter er reguleringen av RNA-polymeraseaktivitet mer kompleks, og involverer en rekke tilleggsproteiner og posttranslasjonelle modifikasjoner. For eksempel kan fosforylering av RNA-polymerase ved hjelp av cyklinavhengig kinase stimulere eller hemme transkripsjonen av visse gener. Videre kan transkripsjonsfaktorer som aktivatorer og repressorer samhandle med RNA-polymerase og regulere dens aktivitet.
Oppsummert er reguleringen av RNA-polymeraseaktivitet en avgjørende prosess for riktig genuttrykk i cellen. Å forstå disse reguleringsmekanismene er grunnleggende for utviklingen av nye terapier og fremskrittene innen molekylærbiologi.
Forskjeller i mRNA-produksjon mellom eukaryoter og prokaryoter: forstå de viktigste forskjellene.
Syntese av budbringer-RNA (mRNA) er en grunnleggende prosess i genuttrykk, som er betydelig forskjellig mellom eukaryoter og prokaryoter. En av hovedforskjellene er knyttet til RNA-polymerase , enzymet som er ansvarlig for å syntetisere RNA fra DNA.
Hos prokaryoter består RNA-polymerase av én underenhet, mens den hos eukaryoter består av flere underenheter. Denne strukturelle kompleksiteten gir eukaryot RNA-polymerase evnen til å gjenkjenne og transkribere spesifikke regioner av DNA, som promotorer og forsterkere, mer presist og med større regulering.
Videre er transkripsjonsregulering mer kompleks i eukaryoter, og involverer samspillet mellom transkripsjonsfaktorer, histonmodifikasjoner og spesialiserte RNA-polymeraser for å transkribere forskjellige typer gener. I prokaryoter er transkripsjonen mer direkte og mindre regulert, noe som resulterer i raskere og mer effektiv mRNA-produksjon.
Disse forskjellene i mRNA-produksjon mellom eukaryoter og prokaryoter har betydelige implikasjoner for reguleringen av genuttrykk og cellefunksjon som helhet. Å forstå forskjellene i RNA-polymerasestruktur og -funksjon er avgjørende for å belyse mekanismene som kontrollerer genuttrykk i ulike typer organismer.
Polymerase: forstå dens betydning i DNA- og RNA-replikasjon.
Polymerase er et essensielt enzym i DNA- og RNA-replikasjonsprosessen. Dens funksjon er å syntetisere nye nukleotidkjeder fra et eksisterende DNA- eller RNA-molekyl. Polymerase fungerer som en "molekylær skrivemaskin" som kopierer genetisk informasjon og sikrer korrekt overføring til dattercellene.
Når det gjelder RNA-polymerase, er dette enzymet ansvarlig for å transkribere DNA til messenger-RNA (mRNA)-molekyler, som senere oversettes til proteiner. RNA-polymerase er essensiell for genuttrykk og syntesen av proteiner som er grunnleggende for cellefunksjon.
Strukturen til RNA-polymerase varierer mellom prokaryoter og eukaryoter. Hos prokaryoter er RNA-polymerase sammensatt av flere underenheter, inkludert sigma-underenheten, som gjenkjenner genpromotoren og initierer transkripsjon. Hos eukaryoter er RNA-polymerase mer kompleks og består av flere underenheter som er ansvarlige for å regulere transkripsjonen av forskjellige typer RNA.
RNA-polymerase spiller en avgjørende rolle i reguleringen av genuttrykk, og kontrollerer hvilke gener som transkriberes og når. Den kan påvirkes av flere faktorer, som cellulære signaler, regulatoriske proteiner og epigenetiske modifikasjoner.
Kort sagt er RNA-polymerase et grunnleggende enzym for DNA- og RNA-replikasjon, og spiller en avgjørende rolle i syntesen av messenger-RNA-molekyler og reguleringen av genuttrykk. Dens presise og effektive funksjon er avgjørende for å opprettholde genomisk integritet og riktig cellefunksjon.
Typer RNA-polymeraser funnet i eukaryote organismer: en detaljert analyse.
RNA-polymeraser er essensielle enzymer for transkripsjon av DNA til RNA, en grunnleggende prosess for genuttrykk i organismer. I eukaryote organismer finnes det tre hovedtyper RNA-polymeraser, som hver er ansvarlig for transkripsjonen av forskjellige typer gener.
RNA-polymerase I er ansvarlig for å transkribere gener som koder for ribosomalt RNA (rRNA). Denne typen RNA er essensiell for proteinsyntese i eukaryote celler. RNA-polymerase II er ansvarlig for å transkribere gener som koder for messenger-RNA (mRNA), som inneholder den genetiske informasjonen for proteinsyntese. Til slutt er RNA-polymerase III ansvarlig for å transkribere gener som koder for transfer-RNA (tRNA) og andre typer lite RNA.
Hver RNA-polymerase er sammensatt av flere underenheter som utfører spesifikke funksjoner under transkripsjonsprosessen. RNA-polymerase II er for eksempel sammensatt av 12 forskjellige underenheter som samarbeider for å syntetisere messenger-RNA nøyaktig og effektivt.
Videre reguleres RNA-polymeraser i eukaryote organismer av flere transkripsjonsfaktorer som kontrollerer genuttrykk som respons på interne og eksterne stimuli. Disse transkripsjonsfaktorene sikrer at gener transkriberes til riktig tid og i riktige mengder, noe som sikrer cellulær homeostase.
Oppsummert spiller RNA-polymeraser en grunnleggende rolle i transkripsjonen av DNA til RNA i eukaryote organismer, og sikrer korrekt uttrykk av gener og syntesen av proteiner som er essensielle for celleoverlevelse.
RNA-polymerase: struktur, funksjoner, prokaryoter, eukaryoter
RNA-polymerase er et enzymkompleks som er ansvarlig for å formidle polymerisasjonen av et RNA-molekyl fra en DNA-sekvens ved å bruke den som en mal. Denne prosessen er det første trinnet i genuttrykk og kalles transkripsjon. RNA-polymerase binder seg til DNA i en veldig spesifikk region kjent som promoteren.
Dette enzymet – og transkripsjonsprosessen generelt – er mer kompleks i eukaryoter enn i prokaryoter. Eukaryoter har flere RNA-polymeraser spesialisert for spesifikke gentyper, i motsetning til prokaryoter, hvor alle gener transkriberes av en enkelt klasse polymerase.
Kilde: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Den økte kompleksiteten innenfor den eukaryote avstamningen i transkripsjonsrelaterte elementer er sannsynligvis relatert til et mer sofistikert genreguleringssystem som er typisk for flercellede organismer.
I arkea er transkripsjon lik prosessen som skjer i eukaryoter, selv om de bare har én polymerase.
Polymeraser virker ikke alene. For at transkripsjonsprosessen skal starte riktig, er tilstedeværelsen av proteinkomplekser kalt transkripsjonsfaktorer nødvendig.
Struktur
De best karakteriserte RNA-polymerasene er bakterielle polymeraser. De består av flere polypeptidkjeder. Enzymet har flere underenheter, katalogisert som α, β, β′ og σ. Den siste underenheten har vist seg ikke å delta direkte i katalyse, men er involvert i spesifikk DNA-binding.
Faktisk, hvis vi eliminerer σ-underenheten, kan polymerasen fortsatt katalysere den tilhørende reaksjonen, men i feil regioner.
α-underenheten har en masse på 40.000 1 Dalton, og det er to av dem. Av β- og β′-underenhetene er det bare én, og de har en masse på henholdsvis 155.000 160.000 og XNUMX XNUMX Dalton.
Disse tre strukturene er plassert i enzymets kjerne, mens σ-underenheten er plassert lenger unna og kalles sigmafaktoren. Det komplette enzymet – eller holoenzymet – har en totalvekt på omtrent 480.000 XNUMX Dalton.
Strukturen til RNA-polymerase varierer mye og avhenger av gruppen som studeres. Imidlertid er det i alle organismer et komplekst enzym som består av flere enheter.
Roller
Funksjonen til RNA-polymerase er å polymerisere nukleotidene i en RNA-kjede, bygget fra en DNA-mal.
All informasjon som er nødvendig for konstruksjon og utvikling av en organisme er skrevet i dens DNA. Denne informasjonen blir imidlertid ikke direkte oversatt til proteiner. Et mellomtrinn er nødvendig for å overføre informasjonen til et budbringer-RNA-molekyl.
Denne transformasjonen av DNA-språk til RNA formidles av RNA-polymerase, og fenomenet kalles transkripsjon. Denne prosessen ligner på DNA-replikasjon.
Hos prokaryoter
Prokaryoter er encellede organismer uten en definert cellekjerne. Av alle prokaryoter har den mest studerte organismen vært Escherichia coli . Denne bakterien er en normal innbygger i vår mikrobiota og har vært en ideell modell for genetikere.
RNA-polymerase ble først isolert i denne organismen, og de fleste transkripsjonsstudier er utført på E. coli. I en enkelt celle av denne bakterien kan vi finne opptil 7000 polymerasemolekyler.
I motsetning til eukaryoter som har tre typer RNA-polymeraser, blir alle gener i prokaryoter behandlet av én type polymerase.
Hos eukaryoter
Hva er et gen?
Eukaryoter er organismer som har en membranbundet kjerne og forskjellige organeller. Eukaryote celler er karakterisert av tre typer nukleære RNA-polymeraser, som hver er ansvarlig for transkripsjonen av spesifikke gener.
Et «gen» er ikke et lett begrep å definere. Vanligvis er vi vant til å kalle enhver DNA-sekvens som til slutt oversettes til et protein for et «gen». Selv om påstanden ovenfor er sann, finnes det også gener hvis sluttprodukt er et RNA (og ikke et protein), eller gener involvert i regulering av uttrykk.
Det finnes tre typer polymeraser, kalt I, II og III. Nedenfor vil vi beskrive funksjonene deres:
RNA-polymerase II
Proteinkodende gener – som involverer budbringer-RNA – transkriberes av RNA-polymerase II. På grunn av dens betydning i proteinsyntese har det vært den mest studerte polymerasen av forskere.
Transkripsjonsfaktorer
Disse enzymene kan ikke styre transkripsjonsprosessen på egenhånd; de krever tilstedeværelsen av proteiner kalt transkripsjonsfaktorer. To typer transkripsjonsfaktorer kan skilles mellom: generelle og tilleggsfaktorer.
Den første gruppen omfatter proteinene som er involvert i transkripsjonen av alle polymerase II-promotorer. Disse utgjør den grunnleggende mekanismen for transkripsjon.
I in vitro- systemer har fem generelle faktorer som er uunnværlige for initiering av transkripsjon av RNA-polymerase II blitt karakterisert. Disse promotorene deler en konsensussekvens kalt «TATA-boksen».
Det første trinnet i transkripsjonen involverer binding av en faktor kalt TFIID til TATA-boksen. Dette proteinet er et kompleks med flere underenheter – blant dem et spesifikt bindingssted for boksen. Det er også sammensatt av et dusin peptider kalt TAF-er ( TBP-assosierte faktorer ).
En tredje faktor involvert er TFIIF. Etter rekruttering av polymerase II er faktorene TFIIE og TFIIH nødvendige for transkripsjonsinitiering.
RNA-polymerase I og III
Ribosomalt RNA er strukturelle elementer i ribosomer. I tillegg til ribosomalt RNA er ribosomer laget av proteiner og er ansvarlige for å oversette et messenger-RNA-molekyl til protein.
Transfer-RNAer deltar også i denne translasjonsprosessen, noe som fører til at aminosyren som vil bli innlemmet i polypeptidkjeden dannes.
Disse RNA-ene (ribosomale og transfer-RNA-ene) transkriberes av RNA-polymerase I og III. RNA-polymerase I er spesifikk for transkripsjonen av de største ribosomale RNA-ene, kjent som 28S, 28S og 5.8S. S refererer til sedimentasjonskoeffisienten, det vil si sedimentasjonshastighetene under sentrifugeringsprosessen.
RNA-polymerase III er ansvarlig for transkripsjonen av gener som koder for små ribosomale RNAer (5S).
I tillegg transkriberes en rekke små RNA-er (husk at det finnes flere typer RNA, ikke bare de bedre kjente messenger-, ribosom- og transfer-RNA-ene), slik som små nukleære RNA-er, av RNA-polymerase III.
Transkripsjonsfaktorer
RNA-polymerase I, som utelukkende er reservert for transkripsjon av ribosomale gener, krever flere transkripsjonsfaktorer for sin aktivitet. Gener som koder for ribosomalt RNA har en promotor som ligger omtrent 150 basepar oppstrøms for transkripsjonsstartstedet.
Promoteren gjenkjennes av to transkripsjonsfaktorer: UBF og SL1. Disse binder seg kooperativt til promoteren og rekrutterer polymerase I, og danner initieringskomplekset.
Disse faktorene er satt sammen av flere proteinsubenheter. På samme måte ser det ut til at TBP er en delt transkripsjonsfaktor for alle tre polymerasene i eukaryoter.
For RNA-polymerase III er transkripsjonsfaktorene TFIIIA, TFIIIB og TFIIIC identifisert. Disse binder seg sekvensielt til transkripsjonskomplekset.
RNA-polymerase i organeller
Et av de særegne trekkene ved eukaryoter er de subcellulære avdelingene som kalles organeller. Mitokondrier og kloroplaster minner om det nevnte enzymet, RNA-polymerase, i bakterier. Disse polymerasene er aktive og transkriberer DNA-et som finnes i disse organellene.
I følge endosymbioseteorien oppstår eukaryoter fra en symbiotisk hendelse der en bakterie omsluttet en mindre bakterie. Dette relevante evolusjonære faktum forklarer likheten mellom mitokondrielle polymeraser og bakterielle polymeraser.
I arkeaene
Som hos bakterier, er det i arkea bare én type polymerase som er ansvarlig for å transkribere alle genene til den encellede organismen.
Arkeal RNA-polymerase er imidlertid svært lik i struktur til eukaryote RNA-polymeraser. De har en TATA-boks og transkripsjonsfaktorer, nærmere bestemt TBP og TFIIB.
Generelt er transkripsjonsprosessen i eukaryoter ganske lik den som finnes i arkea.
Forskjeller med DNA-polymerase
DNA-replikasjon styres av et enzymkompleks kalt DNA-polymerase. Selv om dette enzymet ofte sammenlignes med RNA-polymerase – begge katalyserer polymerisasjonen av en nukleotidkjede i 5'- til 3'-retningen – skiller det seg på flere måter.
DNA-polymerase trenger et lite nukleotidfragment for å starte replikasjonen av molekylet, kalt en primer. RNA-polymerase kan starte syntese de novo og trenger ikke førstnevnte for sin aktivitet.
DNA-polymerase er i stand til å binde seg til flere steder langs et kromosom, mens polymerase bare binder seg til genpromotorer.
Når det gjelder enzymkorrekturlesingsmekanismer , er de fra DNA-polymerase mye bedre kjent, ettersom de kan korrigere feilaktige nukleotider som ble polymerisert ved en feiltakelse.
Referanser
- Cooper, GM, Hausman, RE; og Hausman, RE (2000).Cellen: en molekylær tilnærming (Bind 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … og Matsudaira, P. (2008).Molekylær cellebiologi Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002) Molekylærbiologi i cellen. 4. utgave. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetikk: En konseptuell tilnærming Panamerikansk medisinsk utdanning.
- Lewin, B. (1975).genuttrykk UMI-bøker på forespørsel.