RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarionti, evkarionti

Začetek » Znanost » biologija » RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarionti, evkarionti

RNA polimeraza je encim, ki je bistven za transkripcijo DNK v RNA. Odgovoren je za sintezo molekul RNA iz predloge DNK. Struktura RNA polimeraze je zelo ohranjena v vseh organizmih, od bakterij do ljudi.

Pri prokariontih, kot so bakterije, je RNA polimeraza sestavljena iz več podenot, ki skupaj prepoznajo promotorje DNK in sprožijo transkripcijo. Pri evkariontih je RNA polimeraza bolj kompleksna in je razdeljena na več oblik, ki prepisujejo različne vrste RNA, kot so informacijska RNA, ribosomska RNA in transferna RNA.

Poleg svoje primarne funkcije pri transkripciji DNK ima RNA polimeraza pomembno vlogo tudi pri uravnavanju izražanja genov, odzivanju na notranje in zunanje signale ter aktiviranju ali deaktiviranju transkripcije specifičnih genov. Skratka, RNA polimeraza je temeljni encim za sintezo RNA v vseh organizmih in igra ključno vlogo pri izražanju genov in celičnem delovanju.

Nadzor aktivnosti RNA polimeraze: regulatorni mehanizmi znotraj celice.

RNA polimeraza je encim, ki je bistven za sintezo RNA v vseh organizmih. Igra temeljno vlogo pri transkripciji DNK v informacijsko RNA, ki se nato prevede v beljakovine. Regulacija aktivnosti RNA polimeraze je ključna za nadzor izražanja genov in posledično celične homeostaze.

Obstaja več mehanizmov za uravnavanje aktivnosti RNA polimeraze, tako pri prokariontih kot pri evkariontih. Pri prokariontih regulacija poteka predvsem preko beljakovin, imenovanih sigma faktorji, ki se vežejo na RNA polimerazo in usmerjajo njeno aktivnost na specifične promotorje. Poleg tega lahko vezava aktivatorskih ali represorskih beljakovin na DNK modulira interakcijo RNA polimeraze s promotorjem in tako nadzoruje začetek transkripcije.

Pri evkariontih je regulacija aktivnosti RNA polimeraze bolj kompleksna in vključuje različne pomožne beljakovine in posttranslacijske modifikacije. Na primer, fosforilacija RNA polimeraze s ciklin-odvisno kinazo lahko stimulira ali zavira transkripcijo določenih genov. Poleg tega lahko transkripcijski faktorji, kot so aktivatorji in represorji, interagirajo z RNA polimerazo in uravnavajo njeno aktivnost.

Skratka, regulacija aktivnosti RNA polimeraze je ključni proces za pravilno izražanje genov v celici. Razumevanje teh regulatornih mehanizmov je temeljnega pomena za razvoj novih terapij in napredek molekularne biologije.

Razlike v proizvodnji mRNA med evkarionti in prokarionti: razumevanje glavnih razlik.

Sinteza informacijske RNK (mRNK) je temeljni proces v izražanju genov, ki se med evkarionti in prokarionti bistveno razlikuje. Ena glavnih razlik je povezana z RNK polimerazo , encimom, ki je odgovoren za sintezo RNK iz DNK.

Pri prokariontih je RNA polimeraza sestavljena iz ene same podenote, medtem ko je pri evkariontih sestavljena iz več podenot. Ta strukturna kompleksnost daje evkariontski RNA polimerazi sposobnost natančnejšega in bolj reguliranega prepoznavanja in prepisovanja specifičnih regij DNK, kot so promotorji in ojačevalci.

Poleg tega je transkripcijska regulacija pri evkariontih bolj kompleksna in vključuje interakcijo transkripcijskih faktorjev, modifikacij histonov in specializiranih RNA polimeraz za prepisovanje različnih vrst genov. Pri prokariontih je transkripcija bolj neposredna in manj regulirana, kar ima za posledico hitrejšo in učinkovitejšo proizvodnjo mRNA.

Te razlike v proizvodnji mRNA med evkarionti in prokarionti imajo pomembne posledice za regulacijo izražanja genov in celično delovanje kot celote. Razumevanje razlik v strukturi in delovanju RNA polimeraze je bistveno za razjasnitev mehanizmov, ki nadzorujejo izražanje genov pri različnih vrstah organizmov.

Polimeraza: razumeti njen pomen pri replikaciji DNK in RNK.

Polimeraza je bistveni encim v procesu podvajanja DNK in RNK. Njena funkcija je sinteza novih nukleotidnih verig iz obstoječe molekule DNK ali RNK. Polimeraza deluje kot "molekularni pisalni stroj", ki kopira genetske informacije in zagotavlja njihov pravilen prenos hčerinskim celicam.

V primeru RNA polimeraze je ta encim odgovoren za prepisovanje DNK v molekule informacijske RNA (mRNA), ki se kasneje prevedejo v beljakovine. RNA polimeraza je bistvena za izražanje genov in sintezo beljakovin, ki so temeljnega pomena za delovanje celic.

Struktura RNA polimeraze se razlikuje med prokarionti in evkarionti. Pri prokariontih je RNA polimeraza sestavljena iz več podenot, vključno s sigma podenoto, ki prepozna promotor gena in sproži transkripcijo. Pri evkariontih je RNA polimeraza bolj kompleksna in jo sestavlja več podenot, ki so odgovorne za regulacijo transkripcije različnih vrst RNA.

RNA polimeraza igra ključno vlogo pri uravnavanju izražanja genov, saj nadzoruje, kateri geni se prepisujejo in kdaj. Nanjo lahko vpliva več dejavnikov, kot so celični signali, regulatorni proteini in epigenetske modifikacije.

Skratka, RNA polimeraza je temeljni encim za replikacijo DNK in RNK, ki igra ključno vlogo pri sintezi molekul informacijske RNK in regulaciji izražanja genov. Njeno natančno in učinkovito delovanje je bistveno za ohranjanje genomske integritete in pravilnega celičnega delovanja.

Vrste RNA polimeraz, ki jih najdemo v evkariontskih organizmih: podrobna analiza.

RNA polimeraze so bistveni encimi za transkripcijo DNK v RNA, kar je temeljni proces za izražanje genov v organizmih. V evkariontskih organizmih obstajajo tri glavne vrste RNA polimeraz, od katerih je vsaka odgovorna za transkripcijo različnih vrst genov.

RNA polimeraza I je odgovorna za prepisovanje genov, ki kodirajo ribosomsko RNA (rRNA). Ta vrsta RNA je bistvena za sintezo beljakovin v evkariontskih celicah. RNA polimeraza II je odgovorna za prepisovanje genov, ki kodirajo informacijsko RNA (mRNA), ki vsebuje genetske informacije za sintezo beljakovin. Končno je RNA polimeraza III odgovorna za prepisovanje genov, ki kodirajo transferno RNA (tRNA) in druge vrste majhnih RNA.

Vsaka RNA polimeraza je sestavljena iz več podenot, ki med procesom transkripcije opravljajo specifične funkcije. RNA polimeraza II je na primer sestavljena iz 12 različnih podenot, ki skupaj delujejo pri natančni in učinkoviti sintezi informacijske RNA.

Poleg tega RNA polimeraze v evkariontskih organizmih regulira več transkripcijskih faktorjev, ki nadzorujejo izražanje genov kot odziv na notranje in zunanje dražljaje. Ti transkripcijski faktorji zagotavljajo, da se geni prepisujejo ob pravem času in v pravilnih količinah, kar zagotavlja celično homeostazo.

Skratka, RNA polimeraze igrajo temeljno vlogo pri transkripciji DNK v RNA v evkariontskih organizmih, saj zagotavljajo pravilno izražanje genov in sintezo beljakovin, bistvenih za preživetje celic.

RNA polimeraza: struktura, funkcije, prokarionti, evkarionti

RNA polimeraza je encimski kompleks, odgovoren za posredovanje polimerizacije molekule RNA iz zaporedja DNK, ki ga uporablja kot predlogo. Ta proces je prvi korak v izražanju genov in se imenuje transkripcija. RNA polimeraza se veže na DNK v zelo specifični regiji, znani kot promotor.

Ta encim – in transkripcijski proces na splošno – je pri evkariontih bolj kompleksen kot pri prokariontih. Evkarionti imajo več RNA polimeraz, specializiranih za določene tipe genov, za razliko od prokariontov, kjer vse gene prepisuje en sam razred polimeraz.

Povečana kompleksnost znotraj evkariontske linije pri transkripcijsko povezanih elementih je verjetno povezana z bolj sofisticiranim sistemom regulacije genov, značilnim za večcelične organizme.

Pri arhejah je transkripcija podobna procesu, ki se dogaja pri evkariontih, čeprav imajo le eno polimerazo.

Polimeraze ne delujejo same. Za pravilen začetek procesa transkripcije je potrebna prisotnost beljakovinskih kompleksov, imenovanih transkripcijski faktorji.

Struktura

Najbolje okarakterizirane RNA polimeraze so bakterijske polimeraze. Sestavljene so iz več polipeptidnih verig. Encim ima več podenot, katalogiziranih kot α, β, β′ in σ. Zadnja podenota ne sodeluje neposredno pri katalizi, ampak je vključena v specifično vezavo DNK.

Pravzaprav, če izločimo σ podenoto, lahko polimeraza še vedno katalizira z njo povezano reakcijo, vendar na napačnih območjih.

Podenota α ima maso 40.000 daltonov in obstajata dve. Od podenot β in β′ je samo ena, in imata maso 1 oziroma 155.000 daltonov.

Te tri strukture se nahajajo v jedru encima, medtem ko se podenota σ nahaja dlje stran in se imenuje sigma faktor. Celoten encim – ali holoencim – ima skupno težo približno 480.000 daltonov.

Struktura RNA polimeraze se zelo razlikuje in je odvisna od preučevane skupine. Vendar pa je v vseh organizmih kompleksen encim, sestavljen iz več enot.

Funkcije

Funkcija RNA polimeraze je polimerizacija nukleotidov verige RNA, zgrajene iz predloge DNA.

Vse informacije, potrebne za gradnjo in razvoj organizma, so zapisane v njegovi DNK. Vendar se te informacije ne prevedejo neposredno v beljakovine. Potreben je vmesni korak za prenos informacij v molekulo informacijske RNK.

To preoblikovanje jezika DNK v RNK posreduje RNK polimeraza, pojav pa imenujemo transkripcija. Ta proces je podoben replikaciji DNK.

Pri prokariotih

Prokarionti so enocelični organizmi brez definiranega jedra. Od vseh prokariontov je bila najbolj preučevana bakterija Escherichia coli . Ta bakterija je normalen prebivalec naše mikrobiote in je idealen model za genetike.

RNA polimeraza je bila prvič izolirana v tem organizmu, večina transkripcijskih študij pa je bila opravljenih na E. coli. V eni sami celici te bakterije lahko najdemo do 7000 molekul polimeraze.

Za razliko od evkariontov, ki imajo tri vrste RNA polimeraz, pri prokariontih vse gene obdeluje ena sama vrsta polimeraze.

Pri evkariontih

Kaj je gen?

Evkarionti so organizmi, ki imajo membransko vezano jedro in različne organele. Za evkariontske celice so značilne tri vrste jedrnih RNA polimeraz, od katerih je vsaka odgovorna za transkripcijo specifičnih genov.

"Gen" ni enostaven izraz za opredelitev. Običajno smo navajeni, da vsako zaporedje DNK, ki se na koncu prevede v protein, imenujemo "gen". Čeprav zgornja trditev drži, obstajajo tudi geni, katerih končni produkt je RNK (in ne protein), ali geni, ki sodelujejo pri uravnavanju izražanja.

Obstajajo tri vrste polimeraz, imenovane I, II in III. Spodaj bomo opisali njihove funkcije:

RNA polimeraza II

Geni, ki kodirajo beljakovine – vključno z informacijsko RNA – se prepisujejo z RNA polimerazo II. Zaradi svojega pomena pri sintezi beljakovin je bila to najbolj preučevana polimeraza s strani raziskovalcev.

Transkripcijski faktorji

Ti encimi ne morejo sami usmerjati procesa transkripcije; potrebujejo prisotnost beljakovin, imenovanih transkripcijski faktorji. Ločimo lahko dve vrsti transkripcijskih faktorjev: splošne in dodatne.

Prva skupina vključuje beljakovine, ki sodelujejo pri transkripciji vseh promotorjev polimeraze II. Te predstavljajo osnovni mehanizem transkripcije.

V sistemih in vitro je bilo okarakteriziranih pet splošnih dejavnikov, ki so nujni za začetek transkripcije z RNA polimerazo II. Ti promotorji si delijo konsenzno zaporedje, imenovano "TATA box".

Prvi korak v transkripciji vključuje vezavo faktorja, imenovanega TFIID, na TATA škatlo. Ta protein je kompleks z več podenotami – med njimi je specifično vezavno mesto za škatlo. Sestavljen je tudi iz ducata peptidov, imenovanih TAF ( faktorji, povezani s TBP ).

Tretji dejavnik je TFIIF. Po aktivaciji polimeraze II sta za začetek transkripcije potrebna faktorja TFIIE in TFIIH.

RNA polimeraza I in III

Ribosomske RNK so strukturni elementi ribosomov. Poleg ribosomske RNK so ribosomi sestavljeni iz beljakovin in so odgovorni za prevajanje molekule informacijske RNK v beljakovine.

V tem procesu prevajanja sodelujejo tudi prenosne RNA, kar vodi do tvorbe aminokisline, ki bo vključena v polipeptidno verigo.

Te RNK (ribosomske in transferne) prepisujeta RNK polimerazi I in III. RNK polimeraza I je specifična za transkripcijo največjih ribosomskih RNK, znanih kot 28S, 28S in 5.8S. S se nanaša na sedimentacijski koeficient, torej na hitrost sedimentacije med postopkom centrifugiranja.

RNA polimeraza III je odgovorna za transkripcijo genov, ki kodirajo majhne ribosomske RNA (5S).

Poleg tega RNA polimeraza III prepisuje številne majhne RNA (ne pozabite, da obstaja več vrst RNA, ne le bolj znane informacijske, ribosomske in prenosne RNA), kot so majhne jedrne RNA.

Transkripcijski faktorji

RNA polimeraza I, ki je rezervirana izključno za transkripcijo ribosomskih genov, za svojo aktivnost potrebuje več transkripcijskih faktorjev. Geni, ki kodirajo ribosomsko RNA, imajo promotor, ki se nahaja približno 150 baznih parov pred mestom začetka transkripcije.

Promotor prepoznata dva transkripcijska faktorja: UBF in SL1. Ta se kooperativno vežeta na promotor in rekrutirata polimerazo I, s čimer tvorita iniciacijski kompleks.

Ti faktorji so sestavljeni iz več beljakovinskih podenot. Podobno se zdi, da je TBP skupni transkripcijski faktor za vse tri polimeraze pri evkariontih.

Za RNA polimerazo III so bili identificirani transkripcijski faktorji TFIIIA, TFIIIB in TFIIIC. Ti se zaporedno vežejo na transkripcijski kompleks.

RNA polimeraza v organelih

Ena od značilnosti evkariontov so subcelični predelki, imenovani organeli. Mitohondriji in kloroplasti spominjajo na prej omenjeni encim, RNA polimerazo, pri bakterijah. Te polimeraze so aktivne in prepisujejo DNK, ki jo najdemo v teh organelih.

Po endosimbiotski teoriji evkarionti nastanejo iz simbiotskega dogodka, v katerem bakterija obda manjšo. To pomembno evolucijsko dejstvo pojasnjuje podobnost med mitohondrijskimi in bakterijskimi polimerazami.

V arhejah

Tako kot pri bakterijah tudi pri arhejah obstaja le ena vrsta polimeraze, ki je odgovorna za prepisovanje vseh genov enoceličnega organizma.

Vendar pa je arhealna RNA polimeraza po strukturi zelo podobna evkariontskim RNA polimerazam. Imajo TATA škatlo in transkripcijske faktorje, natančneje TBP in TFIIB.

Na splošno je proces transkripcije pri evkariontih precej podoben tistemu pri arhejah.

Razlike z DNA polimerazo

Replikacijo DNK orkestrira encimski kompleks, imenovan DNK polimeraza. Čeprav ta encim pogosto primerjamo z RNA polimerazo – oba katalizirata polimerizacijo nukleotidne verige v smeri 5' proti 3' – se od nje razlikuje na več načinov.

DNK polimeraza potrebuje majhen nukleotidni fragment za začetek replikacije molekule, imenovan primer. RNA polimeraza lahko začne sintezo de novo in ga za svojo aktivnost ne potrebuje.

DNA polimeraza se lahko veže na več mest vzdolž kromosoma, medtem ko se polimeraza veže le na genske promotorje.

Kar zadeva mehanizme encimske korekture , so mehanizmi DNA polimeraze veliko bolj znani, saj lahko popravijo napačne nukleotide, ki so bili pomotoma polimerizirani.

Literatura

1. Cooper, GM, Hausman, RE; in Hausman, RE (2000).Celica: molekularni pristop (Zv. 2). Washington, DC: ASM Press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … in Matsudaira, P. (2008).Molekularna celična biologija Macmillan
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J in drugi (2002) Molekularna biologija celice. 4. izdaja. New York: Garland Science.
4. Pierce, B.A. (2009).Genetika: Konceptualni pristop Panameriška medicinska urednica.
5. Lewin, B. (1975).izražanje genov Knjige UMI na zahtevo.