Ang RNA polymerase ay isang enzyme na mahalaga para sa transkripsyon ng DNA sa RNA. Ito ay responsable para sa synthesizing RNA molecules mula sa isang DNA template. Ang istraktura ng RNA polymerase ay lubos na pinananatili sa lahat ng mga organismo, mula sa bakterya hanggang sa mga tao.
Sa mga prokaryote, tulad ng bakterya, ang RNA polymerase ay binubuo ng ilang mga subunit na nagtutulungan upang makilala ang mga tagapagtaguyod ng DNA at simulan ang transkripsyon. Sa mga eukaryotes, ang RNA polymerase ay mas kumplikado, na nahahati sa ilang mga anyo na nag-transcribe ng iba't ibang uri ng RNA, tulad ng messenger RNA, ribosomal RNA, at transfer RNA.
Bilang karagdagan sa pangunahing pag-andar nito sa transkripsyon ng DNA, ang RNA polymerase ay gumaganap din ng mahalagang papel sa pag-regulate ng expression ng gene, pagtugon sa panloob at panlabas na mga signal at pag-activate o pag-deactivate ng transkripsyon ng mga partikular na gene. Sa madaling salita, ang RNA polymerase ay isang pangunahing enzyme para sa RNA synthesis sa lahat ng mga organismo, na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagpapahayag ng gene at cellular function.
Kontrol ng aktibidad ng RNA polymerase: mga mekanismo ng regulasyon sa loob ng cell.
Ang RNA polymerase ay isang enzyme na mahalaga para sa RNA synthesis sa lahat ng organismo. Ito ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa transkripsyon ng DNA sa messenger RNA, na kung saan ay isinalin sa mga protina. Ang regulasyon ng aktibidad ng RNA polymerase ay mahalaga para sa pagkontrol sa pagpapahayag ng gene at, dahil dito, ang cellular homeostasis.
Mayroong ilang mga mekanismo para sa pag-regulate ng aktibidad ng RNA polymerase, kapwa sa prokaryotes at eukaryotes. Sa mga prokaryote, ang regulasyon ay pangunahing nangyayari sa pamamagitan ng mga protina na tinatawag na sigma factor, na nagbubuklod sa RNA polymerase at nagdidirekta ng aktibidad nito sa mga partikular na tagapagtaguyod. Bukod dito, ang pagbubuklod ng mga protina ng activator o repressor sa DNA ay maaaring baguhin ang pakikipag-ugnayan ng RNA polymerase sa promoter, kaya kinokontrol ang pagsisimula ng transkripsyon.
Sa mga eukaryotes, ang regulasyon ng aktibidad ng RNA polymerase ay mas kumplikado, na kinasasangkutan ng iba't ibang mga accessory na protina at mga pagbabago sa post-translational. Halimbawa, ang phosphorylation ng RNA polymerase ng cyclin-dependent kinase ay maaaring pasiglahin o pigilan ang transkripsyon ng ilang mga gene. Higit pa rito, ang mga kadahilanan ng transkripsyon tulad ng mga activator at repressor ay maaaring makipag-ugnayan sa RNA polymerase at i-regulate ang aktibidad nito.
Sa buod, ang regulasyon ng aktibidad ng RNA polymerase ay isang mahalagang proseso para sa tamang pagpapahayag ng gene sa loob ng cell. Ang pag-unawa sa mga mekanismo ng regulasyon na ito ay mahalaga para sa pagbuo ng mga bagong therapy at pagsulong ng molecular biology.
Mga pagkakaiba sa paggawa ng mRNA sa pagitan ng mga eukaryote at prokaryote: maunawaan ang mga pangunahing pagkakaiba.
Ang sintesis ng Messenger RNA (mRNA) ay isang pangunahing proseso sa ekspresyon ng gene, na may malaking pagkakaiba sa pagitan ng mga eukaryote at prokaryote. Isa sa mga pangunahing pagkakaiba ay may kaugnayan sa RNA polymerase , ang enzyme na responsable sa pag-synthesize ng RNA mula sa DNA.
Sa prokaryotes, ang RNA polymerase ay binubuo ng isang subunit, habang sa eukaryotes, ito ay binubuo ng maraming subunits. Ang pagiging kumplikado ng istruktura na ito ay nagbibigay sa eukaryotic RNA polymerase ng kakayahang kilalanin at i-transcribe ang mga partikular na rehiyon ng DNA, tulad ng mga promoter at enhancer, nang mas tumpak at may higit na regulasyon.
Higit pa rito, ang regulasyon ng transkripsyon ay mas kumplikado sa mga eukaryotes, na kinasasangkutan ng pakikipag-ugnayan ng mga salik ng transkripsyon, mga pagbabago sa histone, at mga dalubhasang RNA polymerases upang mag-transcribe ng iba't ibang uri ng mga gene. Sa mga prokaryote, ang transkripsyon ay mas direkta at hindi gaanong kinokontrol, na nagreresulta sa mas mabilis at mas mahusay na produksyon ng mRNA.
Ang mga pagkakaibang ito sa paggawa ng mRNA sa pagitan ng mga eukaryote at prokaryote ay may makabuluhang implikasyon para sa regulasyon ng pagpapahayag ng gene at pag-andar ng cellular sa kabuuan. Ang pag-unawa sa mga pagkakaiba sa istruktura at pag-andar ng RNA polymerase ay mahalaga sa pagpapaliwanag ng mga mekanismo na kumokontrol sa pagpapahayag ng gene sa iba't ibang uri ng mga organismo.
Polymerase: maunawaan ang kahalagahan nito sa pagtitiklop ng DNA at RNA.
Ang polymerase ay isang mahalagang enzyme sa proseso ng pagtitiklop ng DNA at RNA. Ang tungkulin nito ay mag-synthesize ng mga bagong nucleotide chain mula sa isang umiiral na molekula ng DNA o RNA. Ang polymerase ay gumaganap bilang isang "molecular typewriter," kinokopya ang genetic na impormasyon at tinitiyak ang tamang paghahatid nito sa mga daughter cell.
Sa kaso ng RNA polymerase, ang enzyme na ito ay may pananagutan sa pag-transcribe ng DNA sa mga molekula ng messenger RNA (mRNA), na kalaunan ay isinalin sa mga protina. Ang RNA polymerase ay mahalaga para sa pagpapahayag ng gene at ang synthesis ng mga protina na mahalaga sa cellular function.
Ang istraktura ng RNA polymerase ay nag-iiba sa pagitan ng mga prokaryote at eukaryotes. Sa prokaryotes, ang RNA polymerase ay binubuo ng ilang mga subunit, kabilang ang sigma subunit, na kinikilala ang gene promoter at nagpasimula ng transkripsyon. Sa mga eukaryote, ang RNA polymerase ay mas kumplikado, na binubuo ng maraming mga subunit na responsable para sa pag-regulate ng transkripsyon ng iba't ibang uri ng RNA.
Ang RNA polymerase ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-regulate ng expression ng gene, pagkontrol kung aling mga gene ang na-transcribe at kung kailan. Maaari itong maimpluwensyahan ng ilang salik, gaya ng mga cellular signal, regulatory protein, at epigenetic modification.
Sa buod, ang RNA polymerase ay isang pangunahing enzyme para sa DNA at RNA replication, na gumaganap ng mahalagang papel sa synthesis ng messenger RNA molecules at ang regulasyon ng gene expression. Ang tumpak at mahusay na paggana nito ay mahalaga para sa pagpapanatili ng genomic na integridad at tamang paggana ng cellular.
Mga uri ng RNA polymerases na matatagpuan sa mga eukaryotic na organismo: isang detalyadong pagsusuri.
Ang RNA polymerases ay mga mahahalagang enzyme para sa transkripsyon ng DNA sa RNA, isang pangunahing proseso para sa pagpapahayag ng gene sa mga organismo. Sa mga eukaryotic na organismo, mayroong tatlong pangunahing uri ng RNA polymerases, bawat isa ay responsable para sa transkripsyon ng iba't ibang uri ng mga gene.
Ang RNA polymerase I ay responsable para sa pag-transcribe ng mga gene na nag-encode ng ribosomal RNA (rRNA). Ang ganitong uri ng RNA ay mahalaga para sa synthesis ng protina sa mga eukaryotic cells. Ang RNA polymerase II ay responsable para sa pag-transcribe ng mga gene na nag-encode ng messenger RNA (mRNA), na naglalaman ng genetic na impormasyon para sa synthesis ng protina. Sa wakas, ang RNA polymerase III ay may pananagutan sa pag-transcribe ng mga gene na nag-encode ng paglilipat ng RNA (tRNA) at iba pang uri ng maliit na RNA.
Ang bawat RNA polymerase ay binubuo ng ilang mga subunit na gumaganap ng mga partikular na function sa panahon ng proseso ng transkripsyon. Ang RNA polymerase II, halimbawa, ay binubuo ng 12 magkakaibang mga subunit na nagtutulungan upang i-synthesize ang messenger RNA nang tumpak at mahusay.
Higit pa rito, ang RNA polymerases sa mga eukaryotic na organismo ay kinokontrol ng ilang mga salik ng transkripsyon na kumokontrol sa pagpapahayag ng gene bilang tugon sa panloob at panlabas na stimuli. Tinitiyak ng mga salik ng transkripsyon na ito na ang mga gene ay na-transcribe sa tamang oras at sa tamang dami, na tinitiyak ang cellular homeostasis.
Sa buod, ang RNA polymerases ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa transkripsyon ng DNA sa RNA sa mga eukaryotic na organismo, na tinitiyak ang tamang pagpapahayag ng mga gene at ang synthesis ng mga protina na mahalaga para sa kaligtasan ng cell.
RNA polymerase: istraktura, function, prokaryotes, eukaryotes
Ang RNA polymerase ay isang enzyme complex na responsable sa pagpapamagitan sa polimerisasyon ng isang molekula ng RNA mula sa isang sequence ng DNA gamit ito bilang template. Ang prosesong ito ang unang hakbang sa ekspresyon ng gene at tinatawag na transkripsyon. Ang RNA polymerase ay nagbibigkis sa DNA sa isang partikular na rehiyon na kilala bilang promoter.
Ang enzyme na ito—at ang proseso ng transkripsyon sa pangkalahatan—ay mas kumplikado sa mga eukaryote kaysa sa mga prokaryote. Ang mga eukaryote ay nagtataglay ng maraming RNA polymerases na dalubhasa para sa mga partikular na uri ng gene, hindi katulad ng mga prokaryote, kung saan ang lahat ng mga gene ay na-transcribe ng isang solong klase ng polymerase.
Pinagmulan: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Ang tumaas na pagiging kumplikado sa loob ng eukaryotic lineage sa mga elementong nauugnay sa transkripsyon ay malamang na nauugnay sa isang mas sopistikadong sistema ng regulasyon ng gene na tipikal ng mga multicellular na organismo.
Sa archaea, ang transkripsyon ay katulad ng prosesong nagaganap sa mga eukaryote, bagama't mayroon lamang silang isang polymerase.
Ang mga polymerase ay hindi kumikilos nang mag-isa. Para magsimula nang tama ang proseso ng transkripsyon, kailangan ang pagkakaroon ng mga complex ng protina na tinatawag na transcription factor.
Istruktura
Ang pinakamahusay na nailalarawan na RNA polymerases ay bacterial polymerases. Binubuo sila ng maraming polypeptide chain. Ang enzyme ay may ilang mga subunit, na nakatala bilang α, β, β′, at σ. Ang huling subunit ay ipinakita na hindi direktang lumahok sa catalysis ngunit kasangkot sa tiyak na pagbubuklod ng DNA.
Sa katunayan, kung aalisin natin ang σ subunit, ang polymerase ay maaari pa ring mag-catalyze ng nauugnay na reaksyon nito, ngunit sa mga maling rehiyon.
Ang α subunit ay may masa na 40.000 Dalton at mayroong dalawa sa kanila. Sa mga subunit ng β at β′, mayroon lamang isa, at mayroon silang masa na 1 at 155.000 Dalton, ayon sa pagkakabanggit.
Ang tatlong istrukturang ito ay matatagpuan sa core ng enzyme, habang ang σ subunit ay matatagpuan sa malayo at tinatawag na sigma factor. Ang kumpletong enzyme—o holoenzyme—ay may kabuuang timbang na humigit-kumulang 480.000 Daltons.
Ang istraktura ng RNA polymerase ay malawak na nag-iiba at depende sa pangkat na pinag-aralan. Gayunpaman, sa lahat ng mga organismo, ito ay isang kumplikadong enzyme na binubuo ng ilang mga yunit.
Mga Pag-andar
Ang function ng RNA polymerase ay upang gawing polymerize ang mga nucleotides ng isang RNA chain, na binuo mula sa isang template ng DNA.
Ang lahat ng impormasyong kailangan para sa pagbuo at pag-unlad ng isang organismo ay nakasulat sa DNA nito. Gayunpaman, ang impormasyong ito ay hindi direktang isinalin sa mga protina. Ang isang intermediate na hakbang ay kinakailangan upang ilipat ang impormasyon sa isang messenger RNA molecule.
Ang pagbabagong ito ng wika ng DNA sa RNA ay pinamagitan ng RNA polymerase, at ang kababalaghan ay tinatawag na transkripsyon. Ang prosesong ito ay katulad ng pagtitiklop ng DNA.
Sa prokaryotes
Ang mga prokaryote ay mga organismong may iisang selula na walang tiyak na nucleus. Sa lahat ng mga prokaryote, ang Escherichia coli ang pinakapinag-aralang organismo . Ang bacterium na ito ay isang normal na naninirahan sa ating microbiota at naging isang mainam na modelo para sa mga geneticist.
Ang RNA polymerase ay unang nahiwalay sa organismong ito, at karamihan sa mga pag-aaral ng transkripsyon ay isinagawa sa E. coli. Sa isang selula ng bakteryang ito, makakahanap tayo ng hanggang 7000 molekula ng polymerase.
Hindi tulad ng mga eukaryote na mayroong tatlong uri ng RNA polymerases, sa mga prokaryote ang lahat ng mga gene ay pinoproseso ng isang solong uri ng polymerase.
Sa mga eukaryote
Ano ang gene?
Ang mga eukaryote ay mga organismo na nagtataglay ng nucleus na nakagapos sa lamad at iba't ibang organel. Ang mga eukaryotic cell ay nailalarawan sa pamamagitan ng tatlong uri ng nuclear RNA polymerases, bawat isa ay responsable para sa transkripsyon ng mga partikular na gene.
Ang isang "gene" ay hindi isang madaling termino upang tukuyin. Karaniwan, nakasanayan na nating tawagan ang anumang pagkakasunud-sunod ng DNA na sa huli ay isinasalin sa isang protina bilang isang "gene." Bagama't totoo ang pahayag sa itaas, mayroon ding mga gene na ang huling produkto ay isang RNA (at hindi isang protina), o mga gene na kasangkot sa pagsasaayos ng pagpapahayag.
May tatlong uri ng polymerases, na tinatawag na I, II, at III. Sa ibaba, ilalarawan namin ang kanilang mga pag-andar:
RNA polymerase II
Ang mga gene na coding ng protina—na kinabibilangan ng messenger RNA—ay na-transcribe ng RNA polymerase II. Dahil sa kahalagahan nito sa synthesis ng protina, ito ang pinakamaraming pinag-aralan na polymerase ng mga mananaliksik.
Mga salik ng transkripsyon
Hindi maaaring idirekta ng mga enzyme na ito ang proseso ng transkripsyon sa kanilang sarili; kailangan nila ng pagkakaroon ng mga protina na tinatawag na transcription factor. Dalawang uri ng mga salik ng transkripsyon ang maaaring makilala: pangkalahatan at karagdagang.
Kasama sa unang grupo ang mga protina na kasangkot sa transkripsyon ng lahat ng polymerase II promoters. Ito ang bumubuo sa pangunahing mekanismo ng transkripsyon.
Sa mga sistemang in vitro , limang pangkalahatang salik na lubhang kailangan para sa pagsisimula ng transkripsyon sa pamamagitan ng RNA polymerase II ang nailalarawan. Ang mga promoter na ito ay nagbabahagi ng isang pinagkasunduang pagkakasunud-sunod na tinatawag na "TATA box".
Ang unang hakbang sa transkripsyon ay kinabibilangan ng pagbubuklod ng isang salik na tinatawag na TFIID sa kahon ng TATA. Ang protina na ito ay isang complex na may ilang mga subunit – kabilang na rito ang isang partikular na binding site para sa kahon. Binubuo rin ito ng isang dosenang peptide na tinatawag na TAFs ( TBP-associated factors ).
Ang ikatlong kadahilanan na kasangkot ay TFIIF. Pagkatapos ng polymerase II recruitment, ang mga salik na TFIIE at TFIIH ay kinakailangan para sa pagsisimula ng transkripsyon.
RNA polymerase I at III
Ang mga ribosomal RNA ay mga elemento ng istruktura ng mga ribosom. Bilang karagdagan sa ribosomal RNA, ang mga ribosom ay gawa sa mga protina at may pananagutan sa pagsasalin ng isang messenger RNA molecule sa protina.
Ang mga transfer RNA ay nakikilahok din sa proseso ng pagsasalin na ito, na humahantong sa amino acid na isasama sa polypeptide chain na nabuo.
Ang mga RNA na ito (ribosomal at paglipat) ay na-transcribe ng RNA polymerases I at III. Ang RNA polymerase I ay partikular para sa transkripsyon ng pinakamalaking ribosomal RNA, na kilala bilang 28S, 28S, at 5.8S. Ang S ay tumutukoy sa sedimentation coefficient, iyon ay, ang sedimentation rate sa panahon ng proseso ng centrifugation.
Ang RNA polymerase III ay responsable para sa transkripsyon ng mga gene na nag-encode ng maliliit na ribosomal RNAs (5S).
Bilang karagdagan, ang ilang maliliit na RNA (tandaan na may ilang uri ng RNA, hindi lamang ang mas kilalang messenger, ribosomal, at transfer RNAs), tulad ng maliliit na nuclear RNA, ay na-transcribe ng RNA polymerase III.
Mga salik ng transkripsyon
Ang RNA polymerase I, na eksklusibong nakalaan para sa transkripsyon ng ribosomal genes, ay nangangailangan ng ilang transcription factor para sa aktibidad nito. Ang mga gene na nag-encode ng ribosomal RNA ay may isang promoter na matatagpuan mga 150 base pairs sa itaas ng agos ng transcription start site.
Ang promoter ay kinikilala ng dalawang transcription factor: UBF at SL1. Ang mga ito ay magkatuwang na nagbubuklod sa promoter at nagre-recruit ng polymerase I, na bumubuo ng initiation complex.
Ang mga salik na ito ay binubuo ng ilang mga subunit ng protina. Katulad nito, ang TBP ay lumilitaw na isang ibinahaging kadahilanan ng transkripsyon para sa lahat ng tatlong polymerases sa mga eukaryotes.
Para sa RNA polymerase III, ang mga salik ng transkripsyon na TFIIIA, TFIIIB, at TFIIIC ay nakilala. Ang mga ito ay nagbubuklod nang sunud-sunod sa transcription complex.
RNA polymerase sa mga organelles
Ang isa sa mga natatanging tampok ng eukaryotes ay ang mga subcellular compartment na tinatawag na organelles. Ang mitochondria at chloroplast ay nakapagpapaalaala sa nabanggit na enzyme, RNA polymerase, sa bacteria. Ang mga polymerase na ito ay aktibo at nagsasalin ng DNA na matatagpuan sa mga organel na ito.
Ayon sa teoryang endosymbiotic, ang mga eukaryote ay nagmula sa isang symbiotic na kaganapan kung saan ang isang bacterium ay bumabalot sa isang mas maliit. Ipinapaliwanag ng nauugnay na katotohanang ebolusyon na ito ang pagkakatulad sa pagitan ng mitochondrial polymerases at bacterial polymerases.
Sa archaea
Tulad ng sa bakterya, sa archaea mayroon lamang isang uri ng polymerase na responsable para sa pag-transcribe ng lahat ng mga gene ng unicellular na organismo.
Gayunpaman, ang archaeal RNA polymerase ay halos kapareho sa istraktura sa eukaryotic RNA polymerases. Nagtatampok ang mga ito ng TATA box at transcription factor, partikular sa TBP at TFIIB.
Sa pangkalahatan, ang proseso ng transkripsyon sa mga eukaryote ay halos kapareho ng matatagpuan sa archaea.
Mga pagkakaiba sa DNA polymerase
Ang pagtitiklop ng DNA ay inayos ng isang enzyme complex na tinatawag na DNA polymerase. Bagama't ang enzyme na ito ay kadalasang inihahambing sa RNA polymerase—parehong nagpapagana ng polymerization ng isang nucleotide chain sa 5' hanggang 3' na direksyon—naiiba ito sa maraming paraan.
Ang DNA polymerase ay nangangailangan ng isang maliit na piraso ng nucleotide upang simulan ang replikasyon ng molekula, na tinatawag na primer. Ang RNA polymerase ay maaaring magsimula ng synthesis de novo at hindi na kailangan ang nauna para sa aktibidad nito.
Ang DNA polymerase ay may kakayahang mag-binding sa maraming mga site kasama ang isang chromosome, samantalang ang polymerase ay nagbubuklod lamang sa mga gene promoter.
Tungkol sa mga mekanismo ng proofreading ng enzyme , ang mga mekanismo ng DNA polymerase ay mas kilala, dahil maaari nilang itama ang mga maling nucleotide na mali ang polimerisasyon.
Mga sanggunian
- Cooper, GM, Hausman, RE; at Hausman, RE (2000).Ang cell: isang molekular na diskarte (Tomo 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … & Matsudaira, P. (2008).Molecular cell biology . Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002) Molecular Biology ng Cell. ika-4 na edisyon. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetics: Isang konseptong diskarte . Pan-American Medical Ed.
- Lewin, B. (1975).pagpapahayag ng gene . UMI Books on Demand.