RNA polymeráza je enzým nevyhnutný pre transkripciu DNA na RNA. Je zodpovedná za syntézu molekúl RNA z templátu DNA. Štruktúra RNA polymerázy je vysoko konzervovaná vo všetkých organizmoch, od baktérií až po ľudí.
V prokaryotoch, ako sú baktérie, sa RNA polymeráza skladá z niekoľkých podjednotiek, ktoré spolupracujú na rozpoznávaní promótorov DNA a iniciovaní transkripcie. V eukaryotoch je RNA polymeráza zložitejšia a delí sa na niekoľko foriem, ktoré transkribujú rôzne typy RNA, ako je mediátorová RNA, ribozomálna RNA a transferová RNA.
Okrem svojej primárnej funkcie v transkripcii DNA hrá RNA polymeráza dôležitú úlohu aj v regulácii génovej expresie, reagovaní na vnútorné a vonkajšie signály a aktivácii alebo deaktivácii transkripcie špecifických génov. Stručne povedané, RNA polymeráza je základný enzým pre syntézu RNA vo všetkých organizmoch a hrá kľúčovú úlohu v génovej expresii a bunkovej funkcii.
Kontrola aktivity RNA polymerázy: regulačné mechanizmy v bunke.
RNA polymeráza je enzým nevyhnutný pre syntézu RNA vo všetkých organizmoch. Zohráva zásadnú úlohu pri transkripcii DNA do mediátorovej RNA, ktorá sa následne prekladá do proteínov. Regulácia aktivity RNA polymerázy je kľúčová pre kontrolu génovej expresie a následne bunkovej homeostázy.
Existuje niekoľko mechanizmov na reguláciu aktivity RNA polymerázy, a to ako u prokaryotov, tak aj u eukaryotov. V prokaryotoch k regulácii dochádza primárne prostredníctvom proteínov nazývaných sigma faktory, ktoré sa viažu na RNA polymerázu a smerujú jej aktivitu na špecifické promótory. Okrem toho väzba aktivačných alebo represorových proteínov na DNA môže modulovať interakciu RNA polymerázy s promótorom, a tým riadiť iniciáciu transkripcie.
U eukaryotov je regulácia aktivity RNA polymerázy zložitejšia a zahŕňa rôzne pomocné proteíny a posttranslačné modifikácie. Napríklad fosforylácia RNA polymerázy cyklín-dependentnou kinázou môže stimulovať alebo inhibovať transkripciu určitých génov. Okrem toho transkripčné faktory, ako sú aktivátory a represory, môžu interagovať s RNA polymerázou a regulovať jej aktivitu.
Stručne povedané, regulácia aktivity RNA polymerázy je kľúčovým procesom pre správnu génovú expresiu v bunke. Pochopenie týchto regulačných mechanizmov je základom pre vývoj nových terapií a pokrok v molekulárnej biológii.
Rozdiely v produkcii mRNA medzi eukaryotmi a prokaryotmi: pochopenie hlavných rozdielov.
Syntéza mediátorovej RNA (mRNA) je základný proces v génovej expresii, ktorý sa medzi eukaryotmi a prokaryotmi výrazne líši. Jeden z hlavných rozdielov súvisí s RNA polymerázou , enzýmom zodpovedným za syntézu RNA z DNA.
V prokaryotoch sa RNA polymeráza skladá z jednej podjednotky, zatiaľ čo v eukaryotoch sa skladá z viacerých podjednotiek. Táto štrukturálna komplexnosť dáva eukaryotickej RNA polymeráze schopnosť rozpoznávať a transkribovať špecifické oblasti DNA, ako sú promótory a enhancery, presnejšie a s väčšou reguláciou.
Okrem toho je transkripčná regulácia u eukaryotov zložitejšia a zahŕňa interakciu transkripčných faktorov, modifikácií histónov a špecializovaných RNA polymeráz na transkripciu rôznych typov génov. U prokaryotov je transkripcia priamejšia a menej regulovaná, čo vedie k rýchlejšej a efektívnejšej produkcii mRNA.
Tieto rozdiely v produkcii mRNA medzi eukaryotmi a prokaryotmi majú významný vplyv na reguláciu génovej expresie a bunkové funkcie ako celku. Pochopenie rozdielov v štruktúre a funkcii RNA polymerázy je nevyhnutné pre objasnenie mechanizmov, ktoré riadia génovú expresiu v rôznych typoch organizmov.
Polymeráza: pochopiť jej význam v replikácii DNA a RNA.
Polymeráza je nevyhnutný enzým v procese replikácie DNA a RNA. Jej funkciou je syntetizovať nové nukleotidové reťazce z existujúcej molekuly DNA alebo RNA. Polymeráza funguje ako „molekulárny písací stroj“, kopíruje genetickú informáciu a zabezpečuje jej správny prenos do dcérskych buniek.
V prípade RNA polymerázy je tento enzým zodpovedný za transkripciu DNA do molekúl mediátorovej RNA (mRNA), ktoré sa neskôr prekladajú do proteínov. RNA polymeráza je nevyhnutná pre génovú expresiu a syntézu proteínov, ktoré sú základom bunkovej funkcie.
Štruktúra RNA polymerázy sa u prokaryotov a eukaryotov líši. V prokaryotoch sa RNA polymeráza skladá z niekoľkých podjednotiek vrátane sigma podjednotky, ktorá rozpoznáva promótor génu a iniciuje transkripciu. V eukaryotoch je RNA polymeráza zložitejšia a pozostáva z viacerých podjednotiek, ktoré sú zodpovedné za reguláciu transkripcie rôznych typov RNA.
RNA polymeráza hrá kľúčovú úlohu v regulácii génovej expresie, riadi, ktoré gény sa transkribujú a kedy. Môže byť ovplyvnená niekoľkými faktormi, ako sú bunkové signály, regulačné proteíny a epigenetické modifikácie.
Stručne povedané, RNA polymeráza je základný enzým pre replikáciu DNA a RNA, ktorý hrá kľúčovú úlohu v syntéze molekúl mediátorovej RNA a regulácii génovej expresie. Jej presné a efektívne fungovanie je nevyhnutné pre udržanie genomickej integrity a správnej bunkovej funkcie.
Typy RNA polymeráz nachádzajúcich sa v eukaryotických organizmoch: podrobná analýza.
RNA polymerázy sú nevyhnutné enzýmy pre transkripciu DNA na RNA, čo je základný proces pre génovú expresiu v organizmoch. V eukaryotických organizmoch existujú tri hlavné typy RNA polymeráz, z ktorých každá je zodpovedná za transkripciu rôznych typov génov.
RNA polymeráza I je zodpovedná za transkripciu génov, ktoré kódujú ribozomálnu RNA (rRNA). Tento typ RNA je nevyhnutný pre syntézu bielkovín v eukaryotických bunkách. RNA polymeráza II je zodpovedná za transkripciu génov, ktoré kódujú mediátorovú RNA (mRNA), ktorá obsahuje genetickú informáciu pre syntézu bielkovín. Nakoniec, RNA polymeráza III je zodpovedná za transkripciu génov, ktoré kódujú transferovú RNA (tRNA) a iné typy malých RNA.
Každá RNA polymeráza sa skladá z niekoľkých podjednotiek, ktoré vykonávajú špecifické funkcie počas procesu transkripcie. Napríklad RNA polymeráza II sa skladá z 12 rôznych podjednotiek, ktoré spolupracujú na presnej a efektívnej syntéze mediátorovej RNA.
Okrem toho sú RNA polymerázy v eukaryotických organizmoch regulované niekoľkými transkripčnými faktormi, ktoré riadia expresiu génov v reakcii na vnútorné a vonkajšie podnety. Tieto transkripčné faktory zabezpečujú, že gény sú transkribované v správnom čase a v správnom množstve, čím sa zabezpečuje bunková homeostáza.
Stručne povedané, RNA polymerázy hrajú zásadnú úlohu v transkripcii DNA na RNA v eukaryotických organizmoch, čím zabezpečujú správnu expresiu génov a syntézu proteínov nevyhnutných pre prežitie buniek.
RNA polymeráza: štruktúra, funkcie, prokaryoty, eukaryoty
RNA polymeráza je enzýmový komplex zodpovedný za sprostredkovanie polymerizácie molekuly RNA zo sekvencie DNA s použitím tejto sekvencie ako templátu. Tento proces je prvým krokom v génovej expresii a nazýva sa transkripcia. RNA polymeráza sa viaže na DNA vo veľmi špecifickej oblasti známej ako promótor.
Tento enzým – a transkripčný proces vo všeobecnosti – je u eukaryotov zložitejší ako u prokaryotov. Eukaryoty majú viacero RNA polymeráz špecializovaných na špecifické typy génov, na rozdiel od prokaryotov, kde sú všetky gény transkribované jednou triedou polymeráz.
Zdroj: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Zvýšená komplexnosť v rámci eukaryotickej línie v elementoch súvisiacich s transkripciou pravdepodobne súvisí so sofistikovanejším systémom génovej regulácie typickým pre mnohobunkové organizmy.
V archaeách je transkripcia podobná procesu, ktorý prebieha u eukaryotov, hoci majú iba jednu polymerázu.
Polymerázy nefungujú samostatne. Pre správne spustenie transkripčného procesu je nevyhnutná prítomnosť proteínových komplexov nazývaných transkripčné faktory.
Štruktúra
Najlepšie charakterizované RNA polymerázy sú bakteriálne polymerázy. Pozostávajú z viacerých polypeptidových reťazcov. Enzým má niekoľko podjednotiek, katalogizovaných ako α, β, β′ a σ. Ukázalo sa, že posledná podjednotka sa priamo nezúčastňuje katalýzy, ale je zapojená do špecifickej väzby na DNA.
V skutočnosti, ak eliminujeme podjednotku σ, polymeráza môže stále katalyzovať s ňou spojenú reakciu, ale v nesprávnych oblastiach.
Podjednotka α má hmotnosť 40.000 1 daltonov a sú dve. Z podjednotiek β a β′ je iba jedna a majú hmotnosť 155.000 160.000 a XNUMX XNUMX daltonov.
Tieto tri štruktúry sa nachádzajú v jadre enzýmu, zatiaľ čo podjednotka σ sa nachádza ďalej a nazýva sa sigma faktor. Celý enzým – alebo holoenzým – má celkovú hmotnosť približne 480.000 XNUMX daltonov.
Štruktúra RNA polymerázy sa značne líši a závisí od študovanej skupiny. Vo všetkých organizmoch je však komplexným enzýmom zloženým z niekoľkých jednotiek.
funkcie
Funkciou RNA polymerázy je polymerizovať nukleotidy reťazca RNA, vytvoreného z templátu DNA.
Všetky informácie potrebné na stavbu a vývoj organizmu sú zapísané v jeho DNA. Tieto informácie sa však priamo neprekladajú do bielkovín. Na prenos informácií do molekuly mediátorovej RNA je potrebný medzistupeň.
Túto transformáciu jazyka DNA na RNA sprostredkuje RNA polymeráza a tento jav sa nazýva transkripcia. Tento proces je podobný replikácii DNA.
U prokaryotov
Prokaryoty sú jednobunkové organizmy bez definovaného jadra. Zo všetkých prokaryotov je najviac študovaným organizmom Escherichia coli . Táto baktéria je bežným obyvateľom našej mikrobioty a je ideálnym modelom pre genetikov.
RNA polymeráza bola prvýkrát izolovaná v tomto organizme a väčšina transkripčných štúdií bola vykonaná na E. coli. V jednej bunke tejto baktérie môžeme nájsť až 7000 molekúl polymerázy.
Na rozdiel od eukaryotov, ktoré majú tri typy RNA polymeráz, u prokaryotov sú všetky gény spracované jedným typom polymerázy.
U eukaryotov
Čo je to gén?
Eukaryoty sú organizmy, ktoré majú membránovo viazané jadro a rôzne organely. Eukaryotické bunky sa vyznačujú tromi typmi jadrových RNA polymeráz, z ktorých každá je zodpovedná za transkripciu špecifických génov.
„Gén“ nie je ľahko definovateľný pojem. Zvyčajne sme zvyknutí nazývať „génom“ akúkoľvek sekvenciu DNA, ktorá sa nakoniec premení na proteín. Hoci je vyššie uvedené tvrdenie pravdivé, existujú aj gény, ktorých konečným produktom je RNA (a nie proteín), alebo gény zapojené do regulácie expresie.
Existujú tri typy polymeráz, nazývané I, II a III. Nižšie popíšeme ich funkcie:
RNA polymeráza II
Gény kódujúce proteíny – ktoré zahŕňajú mediátorovú RNA – sú transkribované RNA polymerázou II. Vzhľadom na jej význam v syntéze bielkovín je to najviac študovaná polymeráza medzi výskumníkmi.
Transkripčné faktory
Tieto enzýmy nedokážu samy riadiť proces transkripcie; vyžadujú prítomnosť proteínov nazývaných transkripčné faktory. Možno rozlíšiť dva typy transkripčných faktorov: všeobecné a doplnkové.
Prvá skupina zahŕňa proteíny zapojené do transkripcie všetkých promótorov polymerázy II. Tieto tvoria základný mechanizmus transkripcie.
V in vitro systémoch bolo charakterizovaných päť všeobecných faktorov nevyhnutných pre iniciáciu transkripcie RNA polymerázou II. Tieto promótory zdieľajú konsenzuálnu sekvenciu nazývanú „TATA box“.
Prvým krokom transkripcie je väzba faktora nazývaného TFIID na TATA box. Tento proteín je komplex s niekoľkými podjednotkami – medzi nimi aj špecifické väzbové miesto pre box. Skladá sa tiež z tucta peptidov nazývaných TAF ( faktory asociované s TBP ).
Tretím faktorom je TFIIF. Po zapojení polymerázy II sú na iniciáciu transkripcie potrebné faktory TFIIE a TFIIH.
RNA polymeráza I a III
Ribozomálne RNA sú štrukturálne prvky ribozómov. Okrem ribozomálnej RNA sú ribozómy tvorené bielkovinami a sú zodpovedné za preklad molekuly mediátorovej RNA na bielkovinu.
Transferové RNA sa tiež zúčastňujú tohto procesu translácie, čo vedie k vytvoreniu aminokyseliny, ktorá sa začlení do polypeptidového reťazca.
Tieto RNA (ribozomálne a transferové) sú transkribované RNA polymerázami I a III. RNA polymeráza I je špecifická pre transkripciu najväčších ribozomálnych RNA, známych ako 28S, 28S a 5.8S. S označuje sedimentačný koeficient, teda rýchlosť sedimentácie počas procesu centrifugácie.
RNA polymeráza III je zodpovedná za transkripciu génov, ktoré kódujú malé ribozomálne RNA (5S).
Okrem toho, množstvo malých RNA (nezabudnite, že existuje niekoľko typov RNA, nielen známejšie mediátorové, ribozomálne a transferové RNA), ako napríklad malé jadrové RNA, je transkribovaných RNA polymerázou III.
Transkripčné faktory
RNA polymeráza I, vyhradená výlučne pre transkripciu ribozomálnych génov, vyžaduje pre svoju aktivitu niekoľko transkripčných faktorov. Gény kódujúce ribozomálnu RNA majú promótor umiestnený približne 150 párov báz pred miestom začiatku transkripcie.
Promótor je rozpoznávaný dvoma transkripčnými faktormi: UBF a SL1. Tieto sa kooperatívne viažu na promótor a regrutujú polymerázu I, čím vytvárajú iniciačný komplex.
Tieto faktory sa skladajú z niekoľkých proteínových podjednotiek. Podobne sa zdá, že TBP je spoločným transkripčným faktorom pre všetky tri polymerázy v eukaryotoch.
Pre RNA polymerázu III boli identifikované transkripčné faktory TFIIIA, TFIIIB a TFIIIC. Tieto sa postupne viažu na transkripčný komplex.
RNA polymeráza v organelách
Jedným z charakteristických znakov eukaryotov sú subcelulárne kompartmenty nazývané organely. Mitochondrie a chloroplasty pripomínajú spomínaný enzým RNA polymerázu v baktériách. Tieto polymerázy sú aktívne a prepisujú DNA nachádzajúcu sa v týchto organelách.
Podľa endosymbiotickej teórie vznikajú eukaryoty symbiotickou udalosťou, pri ktorej baktéria obalila menšiu baktériu. Tento relevantný evolučný fakt vysvetľuje podobnosť medzi mitochondriálnymi polymerázami a bakteriálnymi polymerázami.
V archaeách
Rovnako ako u baktérií, aj u archeí existuje iba jeden typ polymerázy zodpovednej za transkripciu všetkých génov jednobunkového organizmu.
Archaeálna RNA polymeráza má však veľmi podobnú štruktúru ako eukaryotické RNA polymerázy. Obsahuje TATA box a transkripčné faktory, konkrétne TBP a TFIIB.
Vo všeobecnosti je proces transkripcie u eukaryotov dosť podobný procesu u archeí.
Rozdiely s DNA polymerázou
Replikáciu DNA riadi enzýmový komplex nazývaný DNA polymeráza. Hoci sa tento enzým často prirovnáva k RNA polymeráze – oba katalyzujú polymerizáciu nukleotidového reťazca v smere 5' až 3' – líši sa v niekoľkých ohľadoch.
DNA polymeráza potrebuje na začatie replikácie molekuly malý nukleotidový fragment, nazývaný primer. RNA polymeráza môže začať syntézu de novo a pre svoju aktivitu ho nepotrebuje.
DNA polymeráza sa dokáže viazať na viacero miest pozdĺž chromozómu, zatiaľ čo polymeráza sa viaže iba na promótory génov.
Pokiaľ ide o mechanizmy enzýmovej korektúry , oveľa známejšie sú mechanizmy DNA polymerázy, pretože dokážu opraviť chybné nukleotidy, ktoré boli omylom polymerizované.
Referencie
- Cooper, GM, Hausman, RE; a Hausman, RE (2000).Bunka: molekulárny prístup (Zv. 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … a Matsudaira, P. (2008).Molekulárna bunková biológia Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J a kol. (2002) Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetika: Koncepčný prístup Panamerická lekárska ed.
- Lewin, B. (1975).génová expresia Knihy UMI na požiadanie.