POLIMERAZA RNA: BUDOWA, FUNKCJE, PROKARIONTY, EUKARIONTY - BIOLOGIA - 2025

Polimeraza RNA jest kompleks enzym, który jest odpowiedzialny za pośrednictwo w wyniku reakcji polimeryzacji cząsteczki RNA z sekwencją DNA stosowany jako na szablonie. Ten proces jest pierwszym krokiem w ekspresji genów i nazywa się transkrypcją. Polimeraza RNA wiąże się z DNA w bardzo szczególnym regionie, znanym jako promotor.

Ten enzym - i ogólnie proces transkrypcji - jest bardziej złożony u eukariontów niż u prokariotów. Eukarionty posiadają wiele polimeraz RNA, które specjalizują się w określonych typach genów, w przeciwieństwie do prokariotów, w których wszystkie geny są transkrybowane przez jedną klasę polimerazy.

Struktura polimerazy RNA w działaniu.
Źródło: I, Splette

Wzrost złożoności w linii eukariotycznej w elementach związanych z transkrypcją jest przypuszczalnie związany z bardziej wyrafinowanym systemem regulacji genów, typowym dla organizmów wielokomórkowych.

W archeonach transkrypcja jest podobna do procesu zachodzącego u eukariontów, mimo że mają one tylko jedną polimerazę.

Polimerazy nie działają same. Aby proces transkrypcji rozpoczął się prawidłowo, konieczna jest obecność kompleksów białkowych zwanych czynnikami transkrypcyjnymi.

Struktura

Najlepiej scharakteryzowaną polimerazą RNA są polimerazy bakterii. Składa się z wielu łańcuchów polipeptydowych. Enzym ma kilka podjednostek, skatalogowanych jako α, β, β ′ i σ. Wykazano, że ta ostatnia podjednostka nie uczestniczy bezpośrednio w katalizie, ale bierze udział w specyficznym wiązaniu się z DNA.

W rzeczywistości, jeśli usuniemy podjednostkę σ, polimeraza może nadal katalizować towarzyszącą jej reakcję, ale robi to w niewłaściwych regionach.

Podjednostka α ma masę 40 000 daltonów i są dwa. Z podjednostek β i β ′ jest tylko 1 i mają one odpowiednio masę 155 000 i 160 000 daltonów.

Te trzy struktury znajdują się w jądrze enzymu, podczas gdy podjednostka σ jest dalej i nazywana jest czynnikiem sigma. Cały enzym - czyli holoenzym - ma całkowitą masę blisko 480 000 daltonów.

Struktura polimerazy RNA jest bardzo zróżnicowana i zależy od badanej grupy. Jednak u wszystkich istot organicznych jest to złożony enzym, złożony z kilku jednostek.

cechy

Funkcją polimerazy RNA jest polimeryzacja nukleotydów łańcucha RNA zbudowanego z matrycy DNA.

Wszystkie informacje niezbędne do budowy i rozwoju organizmu są zapisane w jego DNA. Jednak informacje nie są bezpośrednio przekładane na białka. Konieczny jest etap pośredni w tworzeniu informacyjnej cząsteczki RNA.

W tej transformacji języka z DNA na RNA pośredniczy polimeraza RNA i zjawisko to nazywa się transkrypcją. Ten proces jest podobny do replikacji DNA.

U prokariotów

Prokarionty to organizmy jednokomórkowe, bez określonego jądra. Spośród wszystkich prokariontów najlepiej zbadanym organizmem była Escherichia coli. Ta bakteria jest normalnym mieszkańcem naszej mikrobioty i była idealnym modelem dla genetyków.

Polimeraza RNA została najpierw wyizolowana z tego organizmu, a większość badań transkrypcji przeprowadzono na E. coli. W jednej komórce tej bakterii możemy znaleźć do 7000 cząsteczek polimerazy.

W przeciwieństwie do eukariontów, które mają trzy typy polimeraz RNA, u prokariotów wszystkie geny są przetwarzane przez jeden typ polimerazy.

U eukariotów

Co to jest gen?

Eukarionty to organizmy, których jądro jest ograniczone błoną i mają różne organelle. Komórki eukariotyczne charakteryzują się trzema typami jądrowych polimeraz RNA, a każdy typ odpowiada za transkrypcję poszczególnych genów.

„Gen” nie jest łatwym terminem do zdefiniowania. Zwykle jesteśmy przyzwyczajeni do nazywania dowolnej sekwencji DNA, która jest ostatecznie tłumaczona na białko „gen”. Chociaż poprzednie stwierdzenie jest prawdziwe, istnieją również geny, których produktem końcowym jest RNA (a nie białko) lub są to geny zaangażowane w regulację ekspresji.

Istnieją trzy typy polimerazy, oznaczone jako I, II i III. Poniżej opiszemy jego funkcje:

Polimeraza RNA II

Geny kodujące białka - i zawierające informacyjny RNA - są transkrybowane przez polimerazę RNA II. Ze względu na jej znaczenie w syntezie białek była ona najczęściej badaną przez naukowców polimerazą.

Czynniki transkrypcyjne

Te enzymy nie mogą same kierować procesem transkrypcji, potrzebują obecności białek zwanych czynnikami transkrypcyjnymi. Można wyróżnić dwa typy czynników transkrypcyjnych: ogólne i dodatkowe.

Pierwsza grupa obejmuje białka biorące udział w transkrypcji wszystkich promotorów polimerazy II. Stanowią one podstawową maszynerię transkrypcji.

W systemach in vitro scharakteryzowano pięć ogólnych czynników niezbędnych do zainicjowania transkrypcji przez polimerazę RNA II. Te promotory mają sekwencję konsensusową zwaną „kasetą TATA”.

Pierwszy krok w transkrypcji obejmuje związanie czynnika zwanego TFIID z kasetą TATA. To białko jest kompleksem z wieloma podjednostkami - w tym ze specyficzną skrzynką wiążącą. Składa się również z kilkunastu peptydów zwanych TAF (czynniki związane z TBP).

Trzecim czynnikiem jest TFIIF. Po rekrutacji polimerazy II czynniki TFIIE i TFIIH są niezbędne do zainicjowania transkrypcji.

Polimeraza RNA I i III

Rybosomalne RNA są elementami strukturalnymi rybosomów. Oprócz rybosomalnego RNA rybosomy składają się z białek i są odpowiedzialne za translację cząsteczki informacyjnego RNA na białko.

Transferowe RNA również uczestniczą w tym procesie translacji, prowadząc do aminokwasu, który zostanie włączony do tworzącego się łańcucha polipeptydowego.

Te RNA (rybosomalny i transfer) są transkrybowane przez polimerazy RNA I i III. Polimeraza RNA I jest specyficzna dla transkrypcji największych rybosomalnych RNA, znanych jako 28S, 28S i 5.8S. S odnosi się do współczynnika sedymentacji, czyli szybkości sedymentacji podczas procesu wirowania.

Polimeraza RNA III jest odpowiedzialna za transkrypcję genów kodujących najmniejsze rybosomalne RNA (5S).

Ponadto szereg małych RNA (pamiętaj, że istnieje wiele typów RNA, nie tylko najlepiej znane RNA przekaźnikowe, rybosomalne i transferowe), takie jak małe jądrowe RNA, jest transkrybowanych przez polimerazę RNA III.

Czynniki transkrypcyjne

Polimeraza RNA I, zarezerwowana wyłącznie do transkrypcji genów rybosomów, wymaga do swojej aktywności kilku czynników transkrypcyjnych. Geny kodujące rybosomalne RNA mają promotor znajdujący się około 150 par zasad „w górę” od miejsca startu transkrypcji.

Promotor jest rozpoznawany przez dwa czynniki transkrypcyjne: UBF i SL1. Te wspólnie wiążą się z promotorem i rekrutują polimerazę I, tworząc kompleks inicjacyjny.

Czynniki te składają się z wielu podjednostek białek. Podobnie wydaje się, że TBP jest wspólnym czynnikiem transkrypcyjnym dla wszystkich trzech polimeraz u eukariotów.

W przypadku polimerazy RNA III zidentyfikowano czynniki transkrypcyjne TFIIIA, TFIIIB i TFIIIC. Wiążą się one sekwencyjnie z kompleksem transkrypcyjnym.

Polimeraza RNA w organellach

Jedną z wyróżniających cech eukariontów są przedziały subkomórkowe zwane organellami. Mitochondria i chloroplasty mają oddzielną polimerazę RNA, która przypomina ten enzym u bakterii. Te polimerazy są aktywne i dokonują transkrypcji DNA znajdującego się w tych organellach.

Zgodnie z teorią endosymbiotyczną eukarionty pochodzą z symbiozy, w której jedna bakteria pochłonęła mniejszą. Ten istotny fakt ewolucyjny wyjaśnia podobieństwo między polimerazami mitochondriów a polimerazą bakterii.

W archeologii

Podobnie jak u bakterii, u archeonów występuje tylko jeden typ polimerazy odpowiedzialnej za transkrypcję wszystkich genów organizmu jednokomórkowego.

Jednak polimeraza RNA archeonów jest bardzo podobna do budowy polimerazy u eukariotów. Przedstawiają kasetę TATA i czynniki transkrypcyjne, w szczególności TBP i TFIIB.

Ogólnie rzecz biorąc, proces transkrypcji u eukariontów jest dość podobny do tego, który występuje u archeonów.

Różnice z polimerazą DNA

Replikacja DNA jest organizowana przez kompleks enzymów zwany polimerazą DNA. Chociaż enzym ten jest często porównywany do polimerazy RNA - oba katalizują polimeryzację łańcucha nukleotydowego w kierunku od 5 'do 3' - różnią się pod kilkoma względami.

Polimeraza DNA potrzebuje krótkiego fragmentu nukleotydowego, aby rozpocząć replikację cząsteczki, zwanego starterem lub starterem. Polimeraza RNA może rozpocząć syntezę de novo i nie potrzebuje startera do swojej aktywności.

Polimeraza DNA jest zdolna do wiązania się z różnymi miejscami wzdłuż chromosomu, podczas gdy polimeraza wiąże się tylko z promotorami genów.

Jeśli chodzi o mechanizmy korygowania enzymów, mechanizmy polimerazy DNA są znacznie lepiej znane, ponieważ są w stanie skorygować niewłaściwe nukleotydy, które zostały przypadkowo spolimeryzowane.

Bibliografia

1. Cooper, GM, Hausman, RE i Hausman, RE (2000). Komórka: podejście molekularne (tom 2). Waszyngton, DC: ASM press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologia komórki molekularnej. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J i wsp. (2002). Biologia molekularna komórki. Wydanie 4. Nowy Jork: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetyka: podejście koncepcyjne. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Ekspresja genu. UMI Books on Demand.