РНК полимераза је ензим неопходан за транскрипцију ДНК у РНК. Одговорна је за синтезу молекула РНК из ДНК шаблона. Структура РНК полимеразе је високо конзервисана у свим организмима, од бактерија до људи.
Код прокариота, као што су бактерије, РНК полимераза је састављена од неколико подјединица које раде заједно да би препознале ДНК промотере и покренуле транскрипцију. Код еукариота, РНК полимераза је сложенија, подељена је на неколико облика који транскрибују различите типове РНК, као што су информациона РНК, рибозомална РНК и трансферна РНК.
Поред своје примарне функције у транскрипцији ДНК, РНК полимераза такође игра важну улогу у регулацији експресије гена, реагујући на унутрашње и спољашње сигнале и активирајући или деактивирајући транскрипцију специфичних гена. Укратко, РНК полимераза је фундаментални ензим за синтезу РНК у свим организмима, играјући кључну улогу у експресији гена и ћелијској функцији.
Контрола активности РНК полимеразе: регулаторни механизми унутар ћелије.
РНК полимераза је ензим неопходан за синтезу РНК у свим организмима. Она игра фундаменталну улогу у транскрипцији ДНК у информациону РНК, која се затим преводи у протеине. Регулација активности РНК полимеразе је кључна за контролу експресије гена и, последично, ћелијске хомеостазе.
Постоји неколико механизама за регулацију активности РНК полимеразе, како код прокариота, тако и код еукариота. Код прокариота, регулација се одвија првенствено путем протеина названих сигма фактори, који се везују за РНК полимеразу и усмеравају њену активност на специфичне промотере. Штавише, везивање активаторских или репресорских протеина за ДНК може модулирати интеракцију РНК полимеразе са промотором, чиме се контролише иницијација транскрипције.
Код еукариота, регулација активности РНК полимеразе је сложенија и укључује разне помоћне протеине и посттранслационе модификације. На пример, фосфорилација РНК полимеразе помоћу циклин-зависне киназе може стимулисати или инхибирати транскрипцију одређених гена. Штавише, транскрипциони фактори као што су активатори и репресори могу да интерагују са РНК полимеразом и регулишу њену активност.
Укратко, регулација активности РНК полимеразе је кључни процес за правилну експресију гена унутар ћелије. Разумевање ових регулаторних механизама је фундаментално за развој нових терапија и напредак молекуларне биологије.
Разлике у производњи иРНК између еукариота и прокариота: разумевање главних разлика.
Синтеза информационе РНК (иРНК) је фундаментални процес у експресији гена, који се значајно разликује између еукариота и прокариота. Једна од главних разлика је повезана са РНК полимеразом , ензимом одговорним за синтезу РНК из ДНК.
Код прокариота, РНК полимераза је састављена од једне подјединице, док је код еукариота састављена од више подјединица. Ова структурна сложеност даје еукариотској РНК полимерази способност да препозна и транскрибује специфичне регионе ДНК, као што су промотори и енхансери, прецизније и са већом регулацијом.
Штавише, транскрипциона регулација је сложенија код еукариота, укључујући интеракцију транскрипционих фактора, модификација хистона и специјализованих РНК полимераза за транскрипцију различитих типова гена. Код прокариота, транскрипција је директнија и мање регулисана, што резултира бржом и ефикаснијом производњом иРНК.
Ове разлике у производњи иРНК између еукариота и прокариота имају значајне импликације на регулацију експресије гена и ћелијске функције у целини. Разумевање разлика у структури и функцији РНК полимеразе је неопходно за разјашњавање механизама који контролишу експресију гена код различитих типова организама.
Полимераза: разумети њен значај у репликацији ДНК и РНК.
Полимераза је есенцијални ензим у процесу репликације ДНК и РНК. Њена функција је да синтетише нове нуклеотидне ланце из постојећег молекула ДНК или РНК. Полимераза делује као „молекуларна писаћа машина“, копирајући генетске информације и осигуравајући њихов исправан пренос ћелијама ћеркама.
У случају РНК полимеразе, овај ензим је одговоран за транскрипцију ДНК у молекуле информационе РНК (иРНК), које се касније преводе у протеине. РНК полимераза је неопходна за експресију гена и синтезу протеина који су фундаментални за ћелијску функцију.
Структура РНК полимеразе варира код прокариота и еукариота. Код прокариота, РНК полимераза је састављена од неколико подјединица, укључујући сигма подјединицу, која препознаје промотор гена и покреће транскрипцију. Код еукариота, РНК полимераза је сложенија, састоји се од више подјединица које су одговорне за регулацију транскрипције различитих врста РНК.
РНК полимераза игра кључну улогу у регулацији експресије гена, контролишући који се гени транскрибују и када. На њу може утицати неколико фактора, као што су ћелијски сигнали, регулаторни протеини и епигенетске модификације.
Укратко, РНК полимераза је фундаментални ензим за репликацију ДНК и РНК, играјући кључну улогу у синтези молекула информационе РНК и регулацији експресије гена. Њено прецизно и ефикасно функционисање је неопходно за одржавање геномског интегритета и правилне ћелијске функције.
Врсте РНК полимераза пронађених у еукариотским организмима: детаљна анализа.
РНК полимеразе су есенцијални ензими за транскрипцију ДНК у РНК, што је фундаментални процес за експресију гена у организмима. Код еукариотских организама постоје три главна типа РНК полимераза, од којих је свака одговорна за транскрипцију различитих типова гена.
РНК полимераза I је одговорна за транскрипцију гена који кодирају рибозомску РНК (рРНК). Ова врста РНК је неопходна за синтезу протеина у еукариотским ћелијама. РНК полимераза II је одговорна за транскрипцију гена који кодирају информациону РНК (мРНК), која садржи генетске информације за синтезу протеина. Коначно, РНК полимераза III је одговорна за транскрипцију гена који кодирају трансферну РНК (тРНК) и друге врсте малих РНК.
Свака РНК полимераза је састављена од неколико подјединица које обављају специфичне функције током процеса транскрипције. РНК полимераза II, на пример, је састављена од 12 различитих подјединица које раде заједно да би прецизно и ефикасно синтезовале информациону РНК.
Штавише, РНК полимеразе у еукариотским организмима регулисане су помоћу неколико транскрипционих фактора који контролишу експресију гена као одговор на унутрашње и спољашње стимулусе. Ови транскрипциони фактори осигуравају да се гени транскрибују у тачно време и у тачним количинама, обезбеђујући ћелијску хомеостазу.
Укратко, РНК полимеразе играју фундаменталну улогу у транскрипцији ДНК у РНК код еукариотских организама, обезбеђујући исправну експресију гена и синтезу протеина неопходних за опстанак ћелија.
РНК полимераза: структура, функције, прокариоти, еукариоти
РНК полимераза је ензимски комплекс одговоран за посредовање полимеризације молекула РНК из ДНК секвенце користећи је као шаблон. Овај процес је први корак у експресији гена и назива се транскрипција. РНК полимераза се везује за ДНК у веома специфичном региону познатом као промотор.
Овај ензим – и процес транскрипције уопште – је сложенији код еукариота него код прокариота. Еукариоти поседују вишеструке РНК полимеразе специјализоване за специфичне типове гена, за разлику од прокариота, где се сви гени транскрибују помоћу једне класе полимераза.
Извор: И, Сплетте [ЦЦ БИ-СА 3.0 (хттп://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0/)]
Повећана сложеност унутар еукариотске лозе у елементима повезаним са транскрипцијом вероватно је повезана са софистициранијим системом регулације гена типичним за вишећелијске организме.
Код археја, транскрипција је слична процесу који се одвија код еукариота, иако имају само једну полимеразу.
Полимеразе не делују саме. Да би процес транскрипције правилно почео, неопходно је присуство протеинских комплекса који се називају транскрипциони фактори.
Структура
Најбоље окарактерисане РНК полимеразе су бактеријске полимеразе. Оне се састоје од више полипептидних ланаца. Ензим има неколико подјединица, каталогизованих као α, β, β′ и σ. Последња подјединица је показала да не учествује директно у катализи, али је укључена у специфично везивање за ДНК.
У ствари, ако елиминишемо σ подјединицу, полимераза и даље може катализовати повезану реакцију, али у погрешним регионима.
α подјединица има масу од 40.000 далтона и постоје две. Од β и β′ подјединица, постоји само једна, и оне имају масу од 1 и 155.000 далтона, респективно.
Ове три структуре се налазе у језгру ензима, док се σ подјединица налази даље и назива се сигма фактор. Комплетан ензим – или холоензим – има укупну тежину од приближно 480.000 далтона.
Структура РНК полимеразе значајно варира и зависи од проучаване групе. Међутим, код свих организама, то је сложен ензим састављен од неколико јединица.
Улоге
Функција РНК полимеразе је полимеризација нуклеотида РНК ланца, изграђеног од ДНК шаблона.
Све информације неопходне за изградњу и развој организма записане су у његовој ДНК. Међутим, ове информације се не преводе директно у протеине. Потребан је међукорак да би се информације пренеле на молекул информационе РНК.
Ова трансформација језика ДНК у РНК посредована је РНК полимеразом, а феномен се назива транскрипција. Овај процес је сличан репликацији ДНК.
Код прокариота
Прокариоти су једноћелијски организми без дефинисаног једра. Од свих прокариота, највише проучаван организам је Escherichia coli . Ова бактерија је нормалан становник наше микробиоте и представља идеалан модел за генетичаре.
РНК полимераза је први пут изолована у овом организму, а већина транскрипционих студија је спроведена на E. coli. У једној ћелији ове бактерије можемо пронаћи до 7000 молекула полимеразе.
За разлику од еукариота који имају три врсте РНК полимераза, код прокариота све гене обрађује једна врста полимеразе.
Код еукариота
Шта је ген?
Еукариоти су организми који поседују једро везано за мембрану и разне органеле. Еукариотске ћелије карактеришу три типа нуклеарних РНК полимераза, од којих је свака одговорна за транскрипцију специфичних гена.
„Ген“ није лако дефинисати. Типично, навикли смо да било коју ДНК секвенцу која се на крају преводи у протеин називамо „геном“. Иако је горња изјава тачна, постоје и гени чији је коначни производ РНК (а не протеин), или гени укључени у регулацију експресије.
Постоје три врсте полимераза, назване I, II и III. У наставку ћемо описати њихове функције:
РНК полимераза II
Гени који кодирају протеине — који укључују информациону РНК — транскрибују се помоћу РНК полимеразе II. Због свог значаја у синтези протеина, истраживачи су је највише проучавали.
Транскрипциони фактори
Ови ензими не могу сами да усмеравају процес транскрипције; потребно им је присуство протеина који се називају транскрипциони фактори. Могу се разликовати две врсте транскрипционих фактора: општи и додатни.
Прва група обухвата протеине укључене у транскрипцију свих промотера полимеразе II. Они чине основни механизам транскрипције.
У ин витро системима , окарактерисано је пет општих фактора неопходних за иницијацију транскрипције помоћу РНК полимеразе II. Ови промотори деле консензусну секвенцу названу „ТАТА кутија“.
Први корак у транскрипцији укључује везивање фактора названог TFIID за TATA кутију. Овај протеин је комплекс са неколико подјединица – међу њима је и специфично место везивања за кутију. Такође је састављен од десетак пептида названих TAF ( фактори повезани са TBP ).
Трећи укључени фактор је TFIIF. Након регрутовања полимеразе II, фактори TFIIE и TFIIH су неопходни за иницијацију транскрипције.
РНК полимераза I и III
Рибозомалне РНК су структурни елементи рибозома. Поред рибозомалне РНК, рибозоми су направљени од протеина и одговорни су за превођење молекула информационе РНК у протеин.
Трансфер РНК такође учествују у овом процесу транслације, што доводи до формирања аминокиселине која ће бити уграђена у полипептидни ланац.
Ове РНК (рибозомалне и трансферне) транскрибују се помоћу РНК полимераза I и III. РНК полимераза I је специфична за транскрипцију највећих рибозомалних РНК, познатих као 28S, 28S и 5.8S. S се односи на коефицијент седиментације, односно брзину седиментације током процеса центрифугирања.
РНК полимераза III је одговорна за транскрипцију гена који кодирају мале рибозомске РНК (5S).
Поред тога, бројне мале РНК (имајте на уму да постоји неколико врста РНК, не само познатије информационе, рибозомске и трансферне РНК), као што су мале нуклеарне РНК, транскрибују се помоћу РНК полимеразе III.
Транскрипциони фактори
РНК полимераза I, резервисана искључиво за транскрипцију рибозомалних гена, захтева неколико транскрипционих фактора за своју активност. Гени који кодирају рибозомалну РНК имају промотор који се налази око 150 базних парова узводно од места почетка транскрипције.
Промотор препознају два транскрипциона фактора: UBF и SL1. Они се кооперативно везују за промотор и регрутују полимеразу I, формирајући иницијациони комплекс.
Ови фактори су састављени од неколико протеинских подјединица. Слично томе, чини се да је TBP заједнички транскрипциони фактор за све три полимеразе код еукариота.
За РНК полимеразу III, идентификовани су транскрипциони фактори TFIIIA, TFIIIB и TFIIIC. Они се секвенцијално везују за транскрипциони комплекс.
РНК полимераза у органелама
Једна од карактеристичних карактеристика еукариота су субћелијски одељци који се називају органеле. Митохондрије и хлоропласти подсећају на горе поменути ензим, РНК полимеразу, код бактерија. Ове полимеразе су активне и транскрибују ДНК која се налази у овим органелама.
Према ендосимбиотској теорији, еукариоти настају из симбиотског догађаја у којем једна бактерија обавија мању. Ова релевантна еволуциона чињеница објашњава сличност између митохондријалних полимераза и бактеријских полимераза.
У архејама
Као и код бактерија, код археја постоји само једна врста полимеразе одговорна за транскрипцију свих гена једноћелијског организма.
Међутим, архејска РНК полимераза је по структури веома слична еукариотским РНК полимеразама. Оне садрже ТАТА кутију и транскрипционе факторе, посебно TBP и TFIIB.
Генерално, процес транскрипције код еукариота је прилично сличан оном код археја.
Разлике са ДНК полимеразом
Репликацију ДНК оркестрира ензимски комплекс који се зове ДНК полимераза. Иако се овај ензим често пореди са РНК полимеразом — оба катализују полимеризацију нуклеотидног ланца у смеру од 5' до 3' — он се разликује на неколико начина.
ДНК полимерази је потребан мали нуклеотидни фрагмент да би започела репликацију молекула, који се назива прајмер. РНК полимераза може да започне синтезу de novo и није јој потребан први за своју активност.
ДНК полимераза је способна да се веже за више места дуж хромозома, док се полимераза везује само за промоторе гена.
Што се тиче механизама ензимске лектуре , они ДНК полимеразе су много познатији, јер могу да исправе погрешне нуклеотиде који су грешком полимеризовани.
Референце
- Купер, ГМ, Хаусман, РЕ; и Хаусман, РЕ (2000).Ћелија: молекуларни приступ (Том 2). Вашингтон, ДЦ: АСМ Прес.
- Лодиш, Х., Берк, А., Дарнел, Џ.Е., Кајзер, К.А., Кригер, М., Скот, М.П., ... и Мацудаира, П. (2008).Молекуларна ћелијска биологија Макмилан
- Албертс Б, Џонсон А, Луис Ј, и др. (2002) Молекуларна биологија ћелије. 4. издање. Њујорк: Гарланд Сајенс
- Пирс, Б.А. (2009).Генетика: Концептуални приступ Пан-америчко медицинско издање.
- Левин, Б. (1975).експресија гена УМИ књиге на захтев.