ARN polimeraza este o enzimă esențială pentru transcrierea ADN-ului în ARN. Este responsabilă de sintetizarea moleculelor de ARN dintr-un șablon de ADN. Structura ARN polimerazei este extrem de conservată în toate organismele, de la bacterii la oameni.
La procariote, cum ar fi bacteriile, ARN polimeraza este compusă din mai multe subunități care lucrează împreună pentru a recunoaște promotorii ADN-ului și a iniția transcripția. La eucariote, ARN polimeraza este mai complexă, fiind împărțită în mai multe forme care transcriu diferite tipuri de ARN, cum ar fi ARN mesager, ARN ribozomal și ARN de transfer.
Pe lângă funcția sa principală în transcripția ADN-ului, ARN polimeraza joacă și un rol important în reglarea expresiei genelor, răspunsul la semnale interne și externe și activarea sau dezactivarea transcripției unor gene specifice. Pe scurt, ARN polimeraza este o enzimă fundamentală pentru sinteza ARN-ului în toate organismele, jucând un rol crucial în expresia genelor și funcția celulară.
Controlul activității ARN polimerazei: mecanisme de reglare în interiorul celulei.
ARN polimeraza este o enzimă esențială pentru sinteza ARN-ului în toate organismele. Ea joacă un rol fundamental în transcripția ADN-ului în ARN mesager, care la rândul său este tradus în proteine. Reglarea activității ARN polimerazei este crucială pentru controlul expresiei genelor și, în consecință, al homeostaziei celulare.
Există mai multe mecanisme pentru reglarea activității ARN polimerazei, atât la procariote, cât și la eucariote. La procariote, reglarea are loc în principal prin proteine numite factori sigma, care se leagă de ARN polimerază și îi direcționează activitatea către promotori specifici. În plus, legarea proteinelor activatoare sau represoare la ADN poate modula interacțiunea ARN polimerazei cu promotorul, controlând astfel inițierea transcripției.
La eucariote, reglarea activității ARN polimerazei este mai complexă, implicând o varietate de proteine accesorii și modificări post-translaționale. De exemplu, fosforilarea ARN polimerazei de către kinaza dependentă de ciclină poate stimula sau inhiba transcripția anumitor gene. În plus, factorii de transcripție, cum ar fi activatorii și represorii, pot interacționa cu ARN polimeraza și îi pot regla activitatea.
În concluzie, reglarea activității ARN polimerazei este un proces crucial pentru exprimarea corectă a genelor în cadrul celulei. Înțelegerea acestor mecanisme de reglare este fundamentală pentru dezvoltarea de noi terapii și pentru avansarea biologiei moleculare.
Diferențe în producerea de ARNm între eucariote și procariote: înțelegerea principalelor distincții.
Sinteza ARN-ului mesager (ARNm) este un proces fundamental în exprimarea genelor, care diferă semnificativ între eucariote și procariote. Una dintre principalele diferențe este legată de ARN polimerază , enzima responsabilă de sinteza ARN-ului din ADN.
La procariote, ARN polimeraza este compusă dintr-o singură subunitate, în timp ce la eucariote este compusă din mai multe subunități. Această complexitate structurală conferă ARN polimerazei eucariote capacitatea de a recunoaște și transcrie regiuni specifice ale ADN-ului, cum ar fi promotorii și amplificatorii, mai precis și cu o reglare mai bună.
În plus, reglarea transcripțională este mai complexă la eucariote, implicând interacțiunea factorilor de transcripție, modificărilor histonei și ARN polimeraze specializate pentru a transcrie diferite tipuri de gene. La procariote, transcripția este mai directă și mai puțin reglementată, rezultând o producție de ARNm mai rapidă și mai eficientă.
Aceste diferențe în producția de ARNm între eucariote și procariote au implicații semnificative pentru reglarea expresiei genelor și a funcției celulare în ansamblu. Înțelegerea diferențelor în structura și funcția ARN polimerazei este esențială pentru elucidarea mecanismelor care controlează expresia genelor la diferite tipuri de organisme.
Polimerază: înțelegerea importanței sale în replicarea ADN-ului și ARN-ului.
Polimeraza este o enzimă esențială în procesul de replicare a ADN-ului și ARN-ului. Funcția sa este de a sintetiza noi lanțuri de nucleotide dintr-o moleculă de ADN sau ARN existentă. Polimeraza acționează ca o „mașină de scris moleculară”, copiind informațiile genetice și asigurând transmiterea corectă a acestora către celulele fiice.
În cazul ARN polimerazei, această enzimă este responsabilă de transcrierea ADN-ului în molecule de ARN mesager (ARNm), care sunt ulterior traduse în proteine. ARN polimeraza este esențială pentru exprimarea genelor și sinteza proteinelor fundamentale pentru funcția celulară.
Structura ARN polimerazei variază între procariote și eucariote. La procariote, ARN polimeraza este compusă din mai multe subunități, inclusiv subunitatea sigma, care recunoaște promotorul genei și inițiază transcripția. La eucariote, ARN polimeraza este mai complexă, constând din mai multe subunități care sunt responsabile pentru reglarea transcripției diferitelor tipuri de ARN.
ARN polimeraza joacă un rol crucial în reglarea expresiei genelor, controlând ce gene sunt transcrise și când. Aceasta poate fi influențată de mai mulți factori, cum ar fi semnalele celulare, proteinele reglatoare și modificările epigenetice.
În concluzie, ARN polimeraza este o enzimă fundamentală pentru replicarea ADN-ului și ARN-ului, jucând un rol crucial în sinteza moleculelor de ARN mesager și în reglarea expresiei genelor. Funcționarea sa precisă și eficientă este esențială pentru menținerea integrității genomice și a funcției celulare corecte.
Tipuri de ARN polimeraze găsite în organismele eucariote: o analiză detaliată.
ARN polimerazele sunt enzime esențiale pentru transcripția ADN-ului în ARN, un proces fundamental pentru exprimarea genelor în organisme. În organismele eucariote, există trei tipuri principale de ARN polimeraze, fiecare fiind responsabilă pentru transcripția diferitelor tipuri de gene.
ARN polimeraza I este responsabilă de transcrierea genelor care codifică ARN-ul ribozomal (ARNr). Acest tip de ARN este esențial pentru sinteza proteinelor în celulele eucariote. ARN polimeraza II este responsabilă de transcrierea genelor care codifică ARN-ul mesager (ARNm), care conține informația genetică pentru sinteza proteinelor. În cele din urmă, ARN polimeraza III este responsabilă de transcrierea genelor care codifică ARN-ul de transfer (ARNt) și alte tipuri de ARN mic.
Fiecare ARN polimerază este compusă din mai multe subunități care îndeplinesc funcții specifice în timpul procesului de transcripție. ARN polimeraza II, de exemplu, este compusă din 12 subunități diferite care lucrează împreună pentru a sintetiza ARN mesager cu precizie și eficiență.
În plus, ARN polimerazele din organismele eucariote sunt reglate de mai mulți factori de transcripție care controlează expresia genelor ca răspuns la stimuli interni și externi. Acești factori de transcripție asigură transcrierea genelor la momentul corect și în cantitățile corecte, asigurând homeostazia celulară.
În concluzie, ARN polimerazele joacă un rol fundamental în transcripția ADN-ului în ARN la organismele eucariote, asigurând exprimarea corectă a genelor și sinteza proteinelor esențiale pentru supraviețuirea celulară.
ARN polimerază: structură, funcții, procariote, eucariote
ARN polimeraza este un complex enzimatic responsabil pentru medierea polimerizării unei molecule de ARN dintr-o secvență de ADN, utilizând-o ca șablon. Acest proces este primul pas în exprimarea genelor și se numește transcripție. ARN polimeraza se leagă de ADN într-o regiune foarte specifică, cunoscută sub numele de promotor.
Această enzimă — și procesul de transcripție în general — este mai complex la eucariote decât la procariote. Eucariotele posedă multiple ARN polimeraze specializate pentru anumite tipuri de gene, spre deosebire de procariote, unde toate genele sunt transcrise de o singură clasă de polimeraze.
Sursa: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Complexitatea crescută din cadrul liniei eucariote în elementele legate de transcripție este probabil legată de un sistem de reglare genică mai sofisticat, tipic organismelor multicelulare.
La archaea, transcripția este similară cu procesul care are loc la eucariote, deși acestea au o singură polimerază.
Polimerazele nu acționează singure. Pentru ca procesul de transcripție să înceapă corect, este necesară prezența unor complexe proteice numite factori de transcripție.
Structura
Cele mai bine caracterizate ARN polimerazele sunt polimerazele bacteriene. Acestea constau din lanțuri polipeptidice multiple. Enzima are mai multe subunități, catalogate ca α, β, β′ și σ. S-a demonstrat că ultima subunitate nu participă direct la cataliză, dar este implicată în legarea specifică a ADN-ului.
De fapt, dacă eliminăm subunitatea σ, polimeraza poate în continuare să cataliza reacția asociată, dar în regiunile greșite.
Subunitatea α are o masă de 40.000 de daltoni și sunt două. Dintre subunitățile β și β′, există doar una, iar acestea au o masă de 1, respectiv 155.000 de daltoni.
Aceste trei structuri sunt situate în nucleul enzimei, în timp ce subunitatea σ este situată mai departe și se numește factor sigma. Enzima completă - sau holoenzima - are o greutate totală de aproximativ 480.000 de daltoni.
Structura ARN polimerazei variază foarte mult și depinde de grupul studiat. Cu toate acestea, în toate organismele, este o enzimă complexă compusă din mai multe unități.
Roluri
Funcția ARN polimerazei este de a polimeriza nucleotidele unui lanț de ARN, construit dintr-un șablon de ADN.
Toate informațiile necesare pentru construirea și dezvoltarea unui organism sunt înscrise în ADN-ul său. Cu toate acestea, aceste informații nu sunt traduse direct în proteine. Este necesar un pas intermediar pentru a transfera informațiile către o moleculă de ARN mesager.
Această transformare a limbajului ADN în ARN este mediată de ARN polimerază, iar fenomenul se numește transcripție. Acest proces este similar cu replicarea ADN-ului.
La procariote
Procariotele sunt organisme unicelulare fără un nucleu definit. Dintre toate procariotele, cel mai studiat organism a fost Escherichia coli . Această bacterie este un locuitor normal al microbiotei noastre și a fost un model ideal pentru geneticieni.
ARN polimeraza a fost izolată pentru prima dată la acest organism, iar majoritatea studiilor de transcripție au fost efectuate pe E. coli. Într-o singură celulă a acestei bacterii, putem găsi până la 7000 de molecule de polimerază.
Spre deosebire de eucariote care au trei tipuri de ARN polimeraze, la procariote toate genele sunt procesate de un singur tip de polimerază.
În eucariote
Ce este o genă?
Eucariotele sunt organisme care posedă un nucleu legat de membrană și diverse organite. Celulele eucariote sunt caracterizate prin trei tipuri de ARN polimeraze nucleare, fiecare responsabilă de transcrierea unor gene specifice.
O „genă” nu este un termen ușor de definit. De obicei, suntem obișnuiți să numim orice secvență de ADN care se traduce în cele din urmă într-o proteină „genă”. Deși afirmația de mai sus este adevărată, există și gene al căror produs final este un ARN (și nu o proteină) sau gene implicate în reglarea expresiei.
Există trei tipuri de polimeraze, numite I, II și III. Mai jos, vom descrie funcțiile lor:
ARN polimerază II
Genele care codifică proteinele — care implică ARN mesager — sunt transcrise de ARN polimeraza II. Datorită importanței sale în sinteza proteinelor, aceasta a fost polimeraza cea mai studiată de către cercetători.
Factorii de transcripție
Aceste enzime nu pot dirija singure procesul de transcripție; ele necesită prezența unor proteine numite factori de transcripție. Se pot distinge două tipuri de factori de transcripție: generali și suplimentari.
Primul grup include proteinele implicate în transcripția tuturor promotorilor polimerazei II. Acestea constituie mecanismul de bază al transcripției.
În sistemele in vitro , au fost caracterizați cinci factori generali indispensabili pentru inițierea transcripției de către ARN polimeraza II. Acești promotori au în comun o secvență consensuală numită „cutia TATA”.
Primul pas în transcripție implică legarea unui factor numit TFIID la proteină TATA. Această proteină este un complex cu mai multe subunități - printre care, un situs specific de legare pentru proteină. De asemenea, este compusă dintr-o duzină de peptide numite TAF ( factori asociați cu TBP ).
Un al treilea factor implicat este TFIIF. După recrutarea polimerazei II, factorii TFIIE și TFIIH sunt necesari pentru inițierea transcripției.
ARN polimeraza I și III
ARN-urile ribozomale sunt elemente structurale ale ribozomilor. Pe lângă ARN-ul ribozomal, ribozomii sunt formați din proteine și sunt responsabili de traducerea unei molecule de ARN mesager în proteine.
ARN-urile de transfer participă, de asemenea, la acest proces de translație, ducând la formarea aminoacidului care va fi încorporat în lanțul polipeptidic.
Aceste ARN-uri (ribozomale și de transfer) sunt transcrise de ARN polimerazele I și III. ARN polimeraza I este specifică pentru transcrierea celor mai mari ARN-uri ribozomale, cunoscute sub numele de 28S, 28S și 5.8S. S se referă la coeficientul de sedimentare, adică la ratele de sedimentare în timpul procesului de centrifugare.
ARN polimeraza III este responsabilă de transcripția genelor care codifică ARN-uri ribozomale mici (5S).
În plus, o serie de ARN-uri mici (rețineți că există mai multe tipuri de ARN, nu doar ARN-urile mesager, ribozomale și de transfer mai cunoscute), cum ar fi ARN-urile nucleare mici, sunt transcrise de ARN polimeraza III.
Factorii de transcripție
ARN polimeraza I, rezervată exclusiv transcripției genelor ribozomale, necesită mai mulți factori de transcripție pentru activitatea sa. Genele care codifică ARN-ul ribozomal au un promotor situat la aproximativ 150 de perechi de baze în amonte de situsul de inițiere a transcripției.
Promotorul este recunoscut de doi factori de transcripție: UBF și SL1. Aceștia se leagă în mod cooperativ de promotor și recrutează polimeraza I, formând complexul de inițiere.
Acești factori sunt compuși din mai multe subunități proteice. În mod similar, TBP pare a fi un factor de transcripție comun pentru toate cele trei polimeraze din eucariote.
Pentru ARN polimeraza III, au fost identificați factorii de transcripție TFIIIA, TFIIIB și TFIIIC. Aceștia se leagă secvențial de complexul de transcripție.
ARN polimeraza în organite
Una dintre caracteristicile distinctive ale eucariotelor sunt compartimentele subcelulare numite organite. Mitocondriile și cloroplastele amintesc de enzima menționată anterior, ARN polimeraza, din bacterii. Aceste polimeraze sunt active și transcriu ADN-ul găsit în aceste organite.
Conform teoriei endosimbiotice, eucariotele apar în urma unui eveniment simbiotic în care o bacterie a învelit o bacterie mai mică. Acest fapt evolutiv relevant explică asemănarea dintre polimerazele mitocondriale și polimerazele bacteriene.
În arheea
Ca și în cazul bacteriilor, în archaea există un singur tip de polimerază responsabilă de transcrierea tuturor genelor organismului unicelular.
Totuși, ARN polimeraza arheală are o structură foarte similară cu ARN polimerazele eucariote. Acestea prezintă o cutie TATA și factori de transcripție, în special TBP și TFIIB.
În general, procesul de transcripție la eucariote este destul de similar cu cel întâlnit la archaea.
Diferențe cu ADN polimeraza
Replicarea ADN-ului este orchestrată de un complex enzimatic numit ADN polimerază. Deși această enzimă este adesea comparată cu ARN polimeraza - ambele catalizează polimerizarea unui lanț nucleotidic în direcția 5' - 3' - ea diferă în mai multe moduri.
ADN polimeraza are nevoie de un mic fragment de nucleotide pentru a iniția replicarea moleculei, numit primer. ARN polimeraza poate începe sinteza de novo și nu are nevoie de primul pentru activitatea sa.
ADN polimeraza este capabilă să se lege de mai multe situsuri de-a lungul unui cromozom, în timp ce polimeraza se leagă doar de promotorii genelor.
În ceea ce privește mecanismele de corectură enzimatică , cele ale ADN polimerazei sunt mult mai cunoscute, deoarece pot corecta nucleotidele eronate care au fost polimerizate din greșeală.
Referințe
- Cooper, GM, Hausman, RE și Hausman, RE (2000).Celula: o abordare moleculară (Vol. 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … și Matsudaira, P. (2008).Biologie celulară moleculară Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J și colab. (2002) Biologie moleculară a celulei. Ediția a 4-a. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetică: o abordare conceptuală Educație medicală panamericană.
- Lewin, B. (1975).expresia genelor Cărți UMI la cerere.