RNA polimeraz, DNA'nın RNA'ya transkripsiyonu için gerekli bir enzimdir. Bir DNA şablonundan RNA moleküllerinin sentezlenmesinden sorumludur. RNA polimerazın yapısı, bakterilerden insanlara kadar tüm organizmalarda oldukça korunmuştur.
Bakteriler gibi prokaryotlarda RNA polimeraz, DNA promotörlerini tanımak ve transkripsiyonu başlatmak için birlikte çalışan birkaç alt birimden oluşur. Ökaryotlarda ise RNA polimeraz daha karmaşıktır ve haberci RNA, ribozomal RNA ve transfer RNA gibi farklı RNA türlerini transkribe eden çeşitli formlara ayrılır.
RNA polimeraz, DNA transkripsiyonundaki temel işlevinin yanı sıra, gen ifadesini düzenlemede, iç ve dış sinyallere yanıt vermede ve belirli genlerin transkripsiyonunu etkinleştirme veya devre dışı bırakmada da önemli bir rol oynar. Kısacası, RNA polimeraz, tüm organizmalarda RNA sentezi için temel bir enzimdir ve gen ifadesinde ve hücresel işlevde önemli bir rol oynar.
RNA polimeraz aktivitesinin kontrolü: hücre içindeki düzenleyici mekanizmalar.
RNA polimeraz, tüm organizmalarda RNA sentezi için gerekli bir enzimdir. DNA'nın haberci RNA'ya transkripsiyonunda ve ardından proteinlere çevrilmesinde temel bir rol oynar. RNA polimeraz aktivitesinin düzenlenmesi, gen ekspresyonunun ve dolayısıyla hücresel homeostazın kontrolü için hayati önem taşır.
Hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda RNA polimeraz aktivitesini düzenleyen çeşitli mekanizmalar vardır. Prokaryotlarda düzenleme, esas olarak RNA polimeraza bağlanan ve aktivitesini spesifik promotörlere yönlendiren sigma faktörleri adı verilen proteinler aracılığıyla gerçekleşir. Ayrıca, aktivatör veya baskılayıcı proteinlerin DNA'ya bağlanması, RNA polimerazın promotörle etkileşimini düzenleyerek transkripsiyon başlangıcını kontrol edebilir.
Ökaryotlarda, RNA polimeraz aktivitesinin düzenlenmesi daha karmaşıktır ve çeşitli yardımcı proteinleri ve translasyon sonrası modifikasyonları içerir. Örneğin, RNA polimerazın siklin bağımlı kinaz tarafından fosforilasyonu, belirli genlerin transkripsiyonunu uyarabilir veya inhibe edebilir. Ayrıca, aktivatörler ve baskılayıcılar gibi transkripsiyon faktörleri RNA polimeraz ile etkileşime girerek aktivitesini düzenleyebilir.
Özetle, RNA polimeraz aktivitesinin düzenlenmesi, hücre içinde uygun gen ifadesi için kritik bir süreçtir. Bu düzenleyici mekanizmaların anlaşılması, yeni tedavilerin geliştirilmesi ve moleküler biyolojinin ilerlemesi için temel öneme sahiptir.
Ökaryotlar ve prokaryotlar arasındaki mRNA üretim farklılıkları: Temel farklılıkları anlayın.
Haberci RNA (mRNA) sentezi, ökaryotlar ve prokaryotlar arasında önemli ölçüde farklılık gösteren gen ifadesinde temel bir süreçtir. Başlıca farklılıklardan biri , DNA'dan RNA sentezlemekten sorumlu enzim olan RNA polimeraz ile ilgilidir.
Prokaryotlarda RNA polimeraz tek bir alt birimden oluşurken, ökaryotlarda birden fazla alt birimden oluşur. Bu yapısal karmaşıklık, ökaryotik RNA polimerazına, promotörler ve güçlendiriciler gibi belirli DNA bölgelerini daha hassas ve daha düzenli bir şekilde tanıma ve transkribe etme yeteneği kazandırır.
Dahası, ökaryotlarda transkripsiyonel düzenleme daha karmaşıktır ve farklı gen tiplerini transkribe etmek için transkripsiyon faktörleri, histon modifikasyonları ve özel RNA polimerazlarının etkileşimini içerir. Prokaryotlarda ise transkripsiyon daha doğrudan ve daha az düzenlidir, bu da daha hızlı ve daha verimli mRNA üretimiyle sonuçlanır.
Ökaryotlar ve prokaryotlar arasındaki mRNA üretimindeki bu farklılıklar, gen ifadesinin ve genel olarak hücresel işlevin düzenlenmesi üzerinde önemli etkilere sahiptir. RNA polimeraz yapısı ve işlevindeki farklılıkları anlamak, farklı organizma türlerinde gen ifadesini kontrol eden mekanizmaları açıklamak için önemlidir.
Polimeraz: DNA ve RNA replikasyonundaki önemini anlayın.
Polimeraz, DNA ve RNA replikasyon sürecinde önemli bir enzimdir. İşlevi, mevcut bir DNA veya RNA molekülünden yeni nükleotid zincirleri sentezlemektir. Polimeraz, genetik bilgiyi kopyalayarak ve yavru hücrelere doğru şekilde iletilmesini sağlayarak bir "moleküler daktilo" görevi görür.
RNA polimeraz durumunda, bu enzim DNA'nın daha sonra proteinlere çevrilen haberci RNA (mRNA) moleküllerine dönüştürülmesinden sorumludur. RNA polimeraz, gen ifadesi ve hücresel işlev için temel olan proteinlerin sentezi için gereklidir.
RNA polimerazın yapısı prokaryotlar ve ökaryotlar arasında farklılık gösterir. Prokaryotlarda RNA polimeraz, gen promotörünü tanıyan ve transkripsiyonu başlatan sigma alt birimi de dahil olmak üzere birkaç alt birimden oluşur. Ökaryotlarda ise RNA polimeraz daha karmaşıktır ve farklı RNA tiplerinin transkripsiyonunu düzenlemekten sorumlu birden fazla alt birimden oluşur.
RNA polimeraz, gen ifadesinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar ve hangi genlerin ne zaman transkripsiyona uğrayacağını kontrol eder. Hücresel sinyaller, düzenleyici proteinler ve epigenetik modifikasyonlar gibi çeşitli faktörlerden etkilenebilir.
Özetle, RNA polimeraz, DNA ve RNA replikasyonu için temel bir enzimdir ve haberci RNA moleküllerinin sentezinde ve gen ifadesinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Hassas ve verimli çalışması, genom bütünlüğünün ve uygun hücresel işlevin korunması için olmazsa olmazdır.
Ökaryotik organizmalarda bulunan RNA polimeraz tipleri: detaylı bir analiz.
RNA polimerazlar, organizmalarda gen ifadesinin temel bir süreci olan DNA'nın RNA'ya transkripsiyonu için gerekli enzimlerdir. Ökaryotik organizmalarda, her biri farklı gen türlerinin transkripsiyonundan sorumlu üç ana RNA polimeraz türü vardır.
RNA polimeraz I, ribozomal RNA'yı (rRNA) kodlayan genlerin transkripsiyonundan sorumludur. Bu RNA türü, ökaryotik hücrelerde protein sentezi için gereklidir. RNA polimeraz II, protein sentezi için genetik bilgi içeren haberci RNA'yı (mRNA) kodlayan genlerin transkripsiyonundan sorumludur. Son olarak, RNA polimeraz III, transfer RNA'yı (tRNA) ve diğer küçük RNA türlerini kodlayan genlerin transkripsiyonundan sorumludur.
Her RNA polimeraz, transkripsiyon süreci sırasında belirli işlevleri yerine getiren birkaç alt birimden oluşur. Örneğin, RNA polimeraz II, haberci RNA'yı doğru ve verimli bir şekilde sentezlemek için birlikte çalışan 12 farklı alt birimden oluşur.
Ayrıca, ökaryotik organizmalardaki RNA polimerazları, iç ve dış uyaranlara yanıt olarak gen ifadesini kontrol eden çeşitli transkripsiyon faktörleri tarafından düzenlenir. Bu transkripsiyon faktörleri, genlerin doğru zamanda ve doğru miktarlarda transkripsiyonunu sağlayarak hücresel homeostazı sağlar.
Özetle, RNA polimerazlar ökaryotik organizmalarda DNA'nın RNA'ya transkripsiyonunda temel bir rol oynar, genlerin doğru ifadesini ve hücrenin hayatta kalması için gerekli proteinlerin sentezini sağlar.
RNA polimeraz: yapı, işlevler, prokaryotlar, ökaryotlar
RNA polimeraz, bir DNA dizisini şablon olarak kullanarak bir RNA molekülünün polimerizasyonuna aracılık eden bir enzim kompleksidir. Bu süreç, gen ifadesinin ilk adımıdır ve transkripsiyon olarak adlandırılır. RNA polimeraz, promotör olarak bilinen çok özel bir bölgede DNA'ya bağlanır.
Bu enzim ve genel olarak transkripsiyon süreci, ökaryotlarda prokaryotlara göre daha karmaşıktır. Ökaryotlar, tüm genlerin tek bir polimeraz sınıfı tarafından transkribe edildiği prokaryotların aksine, belirli gen türleri için uzmanlaşmış birden fazla RNA polimerazına sahiptir.
Kaynak: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Ökaryotik soyda transkripsiyonla ilişkili elementlerdeki artan karmaşıklık, büyük olasılıkla çok hücreli organizmalara özgü daha gelişmiş bir gen düzenleme sistemiyle ilişkilidir.
Arkelerde transkripsiyon ökaryotlarda meydana gelen sürece benzerdir, ancak bunlarda yalnızca bir polimeraz bulunur.
Polimerazlar tek başına hareket etmez. Transkripsiyon sürecinin doğru bir şekilde başlaması için transkripsiyon faktörleri adı verilen protein komplekslerinin varlığı gereklidir.
Yapı
En iyi karakterize edilmiş RNA polimerazları bakteriyel polimerazlardır. Birden fazla polipeptit zincirinden oluşurlar. Enzimin α, β, β′ ve σ olarak sınıflandırılan birkaç alt birimi vardır. Son alt birimin katalizde doğrudan rol almadığı, ancak spesifik DNA bağlanmasında rol oynadığı gösterilmiştir.
Aslında, σ alt birimini ortadan kaldırsak bile, polimeraz ilişkili reaksiyonunu hâlâ katalize edebilir, ancak yanlış bölgelerde.
α alt biriminin kütlesi 40.000 Dalton'dur ve iki tanedir. β ve β′ alt birimlerinden ise yalnızca bir tane vardır ve bunların kütleleri sırasıyla 1 ve 155.000 Dalton'dur.
Bu üç yapı enzimin çekirdeğinde bulunurken, σ alt birimi daha uzakta bulunur ve sigma faktörü olarak adlandırılır. Enzimin (veya holoenzimin) toplam ağırlığı yaklaşık 480.000 Dalton'dur.
RNA polimerazın yapısı büyük ölçüde değişir ve incelenen gruba göre değişir. Ancak tüm organizmalarda, birkaç üniteden oluşan karmaşık bir enzimdir.
Roller
RNA polimerazın işlevi, bir DNA şablonundan oluşturulan RNA zincirinin nükleotidlerini polimerize etmektir.
Bir organizmanın inşası ve gelişimi için gerekli tüm bilgiler DNA'sında yazılıdır. Ancak bu bilgiler doğrudan proteinlere çevrilmez. Bilginin bir haberci RNA molekülüne aktarılması için ara bir adım gerekir.
DNA dilinin RNA'ya dönüşümü RNA polimeraz tarafından gerçekleştirilir ve bu olguya transkripsiyon denir. Bu süreç, DNA replikasyonuna benzer.
Prokaryotlarda
Prokaryotlar, tanımlanmış bir çekirdeği olmayan tek hücreli organizmalardır. Tüm prokaryotlar arasında en çok incelenen organizma Escherichia coli'dir . Bu bakteri, mikrobiyotamızın normal bir sakini olup genetikçiler için ideal bir model olmuştur.
RNA polimeraz ilk olarak bu organizmada izole edilmiş ve transkripsiyon çalışmalarının çoğu E. coli üzerinde gerçekleştirilmiştir . Bu bakterinin tek bir hücresinde 7000'e kadar polimeraz molekülü bulunabilir.
Üç tip RNA polimerazı bulunan ökaryotlardan farklı olarak prokaryotlarda tüm genler tek bir polimeraz tipi tarafından işlenir.
Ökaryotlarda
Gen nedir?
Ökaryotlar, zarla çevrili bir çekirdeğe ve çeşitli organellere sahip organizmalardır. Ökaryotik hücreler, her biri belirli genlerin transkripsiyonundan sorumlu olan üç tip nükleer RNA polimeraz ile karakterize edilir.
"Gen" terimini tanımlamak kolay değildir. Genellikle, nihayetinde bir proteine dönüşen herhangi bir DNA dizisine "gen" demeye alışkınız. Yukarıdaki ifade doğru olsa da, nihai ürünü bir RNA (protein değil) olan genler veya ifadeyi düzenlemede rol oynayan genler de vardır.
I, II ve III olmak üzere üç tip polimeraz vardır. Aşağıda bunların işlevlerini açıklayacağız:
RNA polimeraz II
Haberci RNA içeren protein kodlayan genler, RNA polimeraz II tarafından transkribe edilir. Protein sentezindeki önemi nedeniyle, araştırmacılar tarafından en çok incelenen polimeraz olmuştur.
Transkripsiyon faktörleri
Bu enzimler transkripsiyon sürecini kendi başlarına yönetemezler; transkripsiyon faktörü adı verilen proteinlerin varlığına ihtiyaç duyarlar. İki tür transkripsiyon faktörü ayırt edilebilir: genel ve ek.
Birinci grup, tüm polimeraz II promotörlerinin transkripsiyonunda yer alan proteinleri içerir . Bunlar, transkripsiyonun temel mekanizmasını oluşturur.
In vitro sistemlerde , RNA polimeraz II tarafından transkripsiyonun başlatılması için vazgeçilmez olan beş genel faktör tanımlanmıştır. Bu promotörler, "TATA kutusu" olarak adlandırılan ortak bir diziye sahiptir.
Transkripsiyonun ilk adımı, TFIID adı verilen bir faktörün TATA kutusuna bağlanmasını içerir. Bu protein, aralarında kutu için özel bir bağlanma bölgesi de bulunan çeşitli alt birimlerden oluşan bir komplekstir. Ayrıca TAF'ler ( TBP ile ilişkili faktörler ) adı verilen bir düzine peptitten oluşur.
Üçüncü faktör TFIIF'dir. Polimeraz II katılımından sonra, transkripsiyonun başlatılması için TFIIE ve TFIIH faktörleri gereklidir.
RNA polimeraz I ve III
Ribozomal RNA'lar, ribozomların yapısal elemanlarıdır. Ribozomal RNA'ya ek olarak, ribozomlar proteinlerden oluşur ve bir haberci RNA molekülünü proteine çevirmekten sorumludur.
Transfer RNA'lar da bu çeviri sürecine katılarak polipeptit zincirine katılacak amino asidin oluşmasını sağlarlar.
Bu RNA'lar (ribozomal ve transfer RNA'ları), RNA polimeraz I ve III tarafından transkripsiyona tabi tutulur. RNA polimeraz I, 28S, 28S ve 5.8S olarak bilinen en büyük ribozomal RNA'ların transkripsiyonu için spesifiktir. S, sedimantasyon katsayısını, yani santrifüjleme işlemi sırasındaki sedimantasyon hızlarını ifade eder.
RNA polimeraz III, küçük ribozomal RNA'ları (5S) kodlayan genlerin transkripsiyonundan sorumludur.
Ayrıca, küçük nükleer RNA'lar gibi bir dizi küçük RNA (sadece daha iyi bilinen haberci, ribozomal ve transfer RNA'ları değil, birkaç RNA türü olduğunu unutmayın) RNA polimeraz III tarafından transkripsiyona uğrar.
Transkripsiyon faktörleri
Sadece ribozomal genlerin transkripsiyonu için ayrılmış olan RNA polimeraz I, aktivitesi için çeşitli transkripsiyon faktörlerine ihtiyaç duyar. Ribozomal RNA kodlayan genler, transkripsiyon başlangıç bölgesinin yaklaşık 150 baz çifti yukarısında bulunan bir promotöre sahiptir.
Promotör, iki transkripsiyon faktörü tarafından tanınır: UBF ve SL1. Bunlar promotöre kooperatif olarak bağlanır ve polimeraz I'i devreye sokarak başlatma kompleksini oluşturur.
Bu faktörler birkaç protein alt biriminden oluşur. Benzer şekilde, TBP'nin ökaryotlardaki üç polimeraz için de ortak bir transkripsiyon faktörü olduğu görülmektedir.
RNA polimeraz III için transkripsiyon faktörleri TFIIIA, TFIIIB ve TFIIIC tanımlanmıştır. Bunlar transkripsiyon kompleksine sırayla bağlanır.
Organellerdeki RNA polimeraz
Ökaryotların ayırt edici özelliklerinden biri, organel adı verilen hücre altı bölmeleridir. Mitokondri ve kloroplastlar, bakterilerdeki yukarıda bahsedilen enzim olan RNA polimerazı andırır. Bu polimerazlar aktiftir ve bu organellerde bulunan DNA'yı kopyalar.
Endosimbiyotik teoriye göre, ökaryotlar, bir bakterinin daha küçük bir bakteriyi sardığı simbiyotik bir olaydan ortaya çıkar. Bu önemli evrimsel olgu, mitokondriyal polimerazlar ile bakteriyel polimerazlar arasındaki benzerliği açıklar.
Arkelerde
Bakterilerde olduğu gibi arkelerde de tek hücreli organizmanın tüm genlerinin transkripsiyonundan sorumlu tek bir polimeraz türü vardır.
Ancak arkeal RNA polimeraz, yapı olarak ökaryotik RNA polimerazlara çok benzer. Bir TATA kutusu ve özellikle TBP ve TFIIB olmak üzere transkripsiyon faktörleri içerirler.
Genel olarak ökaryotlardaki transkripsiyon süreci arkelerdekine oldukça benzerdir.
DNA polimeraz ile farklılıklar
DNA replikasyonu, DNA polimeraz adı verilen bir enzim kompleksi tarafından düzenlenir. Bu enzim genellikle RNA polimeraz ile karşılaştırılsa da (her ikisi de bir nükleotid zincirinin 5' ve 3' yönündeki polimerizasyonunu katalize eder), birkaç yönden farklılık gösterir.
DNA polimeraz, molekülün replikasyonunu başlatmak için primer adı verilen küçük bir nükleotid parçasına ihtiyaç duyar. RNA polimeraz ise senteze sıfırdan başlayabilir ve aktivitesi için DNA polimerazına ihtiyaç duymaz.
DNA polimeraz, kromozom boyunca birden fazla bölgeye bağlanma yeteneğine sahipken, polimeraz yalnızca gen promotörlerine bağlanır.
Enzim düzeltme mekanizmalarına gelince , DNA polimerazınkiler çok daha iyi bilinmektedir, çünkü hatalı şekilde polimerize edilmiş yanlış nükleotidleri düzeltebilirler.
Referanslar
- Cooper, GM, Hausman, RE; ve Hausman, RE (2000).Hücre: moleküler bir yaklaşım (Cilt 2). Washington, DC: ASM Press.
- Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., … ve Matsudaira, P. (2008).Moleküler hücre biyolojisi . Macmillan
- Alberts B, Johnson A, Lewis J ve diğerleri (2002) Hücrenin Moleküler Biyolojisi. 4. baskı. New York: Garland Science
- Pierce, B.A. (2009).Genetik: Kavramsal bir yaklaşım Pan-Amerikan Tıp Ed.
- Lewin, B. (1975).gen ifadesi . UMI İsteğe Bağlı Kitaplar.