RNA-POLYMERAASI: RAKENNE, TOIMINNOT, PROKARYOOTIT, EUKARYOOTIT - BIOLOGIA - 2026

RNA-polymeraasi on entsyymi, joka on esitetty vastuussa välittäjänä polymerointiin RNA-molekyylin, DNA-sekvenssistä käytetään templaattina. Tämä prosessi on geeniekspression ensimmäinen vaihe, ja sitä kutsutaan transkriptioksi. RNA-polymeraasi sitoutuu DNA: han hyvin tietyllä alueella, joka tunnetaan promoottorina.

Tämä entsyymi - ja transkriptioprosessi yleensä - on monimutkaisempi eukaryooteissa kuin prokaryooteissa. Eukaryooteilla on useita RNA-polymeraaseja, jotka erikoistuvat tietyntyyppisiin geeneihin, toisin kuin prokaryooteilla, joissa kaikki geenit transkriptoidaan yhden polymeraasiluokan kautta.

RNA-polymeraasin rakenne toiminnassa.

Lähde: Minä, Splette

Lisääntynyt monimutkaisuus eukaryoottisissa linjoissa transkriptioon liittyvissä elementeissä liittyy oletettavasti monimutkaisille organismeille tyypilliseen monimutkaisempaan geenisäätelyjärjestelmään.

Arkeassa transkriptio on samanlainen kuin prosessi, joka tapahtuu eukaryooteissa, huolimatta siitä, että heillä on vain yksi polymeraasi.

Polymeraasit eivät toimi yksinään. Jotta transkriptioprosessi käynnistyisi oikein, proteiinikompleksien, joita kutsutaan transkriptiotekijöiksi, läsnäolo on välttämätön.

Rakenne

Parhaiten karakterisoidut RNA-polymeraasi ovat bakteerien polymeraaseja. Se koostuu useista polypeptidiketjuista. Entsyymillä on useita alayksiköitä, luetteloituina a, β, β 'ja σ. On osoitettu, että tämä viimeinen alayksikkö ei osallistu suoraan katalyysiin, mutta osallistuu spesifiseen sitoutumiseen DNA: han.

Itse asiassa, jos poistamme σ-alayksikön, polymeraasi voi silti katalysoida siihen liittyvää reaktiota, mutta se tekee sen väärillä alueilla.

Α-alayksikön massa on 40 000 daltonia ja niitä on kaksi. Β- ja β-alayksiköistä on vain yksi, ja niiden massa on vastaavasti 155 000 ja 160 000 daltonia.

Nämä kolme rakennetta sijaitsevat entsyymin ytimessä, kun taas σ-alayksikkö on kauempana, ja sitä kutsutaan sigma-tekijäksi. Täydellisen entsyymin - tai holoentsyymin - kokonaispaino on lähellä 480 000 daltonia.

RNA-polymeraasin rakenne on laajalti vaihteleva, ja se riippuu tutkitusta ryhmästä. Kaikissa orgaanisissa olennoissa se on kuitenkin monimutkainen entsyymi, joka koostuu useista yksiköistä.

ominaisuudet

RNA-polymeraasin tehtävänä on DNA-templaatista rakennetun RNA-ketjun nukleotidien polymerointi.

Kaikki organismin rakentamiseen ja kehitykseen tarvittavat tiedot kirjoitetaan sen DNA: han. Tietoja ei kuitenkaan muunneta suoraan proteiineiksi. Välivaihe lähetti-RNA-molekyyliin on välttämätön.

Tätä kielen muutosta DNA: sta RNA: ksi välittää RNA-polymeraasi, ja ilmiötä kutsutaan transkriptioksi. Tämä prosessi on samanlainen kuin DNA: n replikaatio.

Prokaryooteissa

Prokaryootit ovat yksisoluisia organismeja, joilla ei ole määriteltyä ydintä. Kaikista prokaryooteista tutkituin organismi on ollut Escherichia coli. Tämä bakteeri on normaali asukas mikrobiotassamme ja se on ollut ihanteellinen malli geneetikoille.

RNA-polymeraasi eristettiin ensin tästä organismista, ja suurin osa transkriptiotutkimuksista on suoritettu E. colissa. Yhdessä tämän bakteerin solussa löydämme jopa 7000 polymeraasimolekyyliä.

Toisin kuin eukaryootit, joissa esiintyy kolmen tyyppisiä RNA-polymeraaseja, prokaryooteissa prosessoidaan kaikki geenit yhden tyyppisellä polymeraasilla.

Eukaryooteissa

Mikä on geeni?

Eukaryootit ovat organismeja, joiden ydin on kalvon rajoittama ja joilla on erilaiset organelit. Eukaryoottisoluille on tunnusomaista kolmen tyyppiset RNA-polymeraasit, ja kukin tyyppi on vastuussa tiettyjen geenien transkriptiosta.

"Geeni" ei ole helppo termi määritellä. Yleensä olemme tottuneet kutsumaan mitä tahansa DNA-sekvenssiä, joka lopulta käännetään proteiini “geeniksi”. Vaikka edellinen lausunto on totta, on myös geenejä, joiden lopputuote on RNA (eikä proteiini), tai ne ovat geenejä, jotka osallistuvat ekspression säätelyyn.

On olemassa kolmen tyyppisiä polymeraaseja, jotka on nimetty I, II ja III. Kuvailemme sen toimintoja alla:

RNA-polymeraasi II

Geenit, jotka koodaavat proteiineja - ja joihin sisältyy lähetti-RNA - transkriptoidaan RNA-polymeraasilla II. Koska sillä on merkitystä proteiinisynteesissä, se on ollut polymeraasi, jota tutkijat ovat eniten tutkineet.

Transkriptiotekijät

Nämä entsyymit eivät voi yksin ohjata transkriptioprosessia, ne tarvitsevat proteiinien, joita kutsutaan transkriptiotekijöiksi, läsnäolon. Kaksi transkriptiotekijää voidaan erottaa: yleinen ja lisä.

Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat proteiinit, jotka osallistuvat kaikkien polymeraasien II promoottorien transkriptioon. Ne muodostavat transkription peruskoneet.

In vitro -järjestelmissä on karakterisoitu viisi yleistä tekijää, jotka ovat välttämättömiä transkription aloittamiselle RNA-polymeraasi II: lla. Näillä promoottoreilla on konsensussekvenssi, nimeltään "TATA-laatikko".

Ensimmäinen vaihe transkriptiossa sisältää TFIID-nimisen tekijän sitoutumisen TATA-ruutuun. Tämä proteiini on kompleksi, jolla on useita alayksiköitä - mukaan lukien erityinen sitoutumislaatikko. Se koostuu myös kymmenestä peptidistä, jota kutsutaan TAF: ksi (TBP: hen liittyvät tekijät).

Kolmas asiaan liittyvä tekijä on TFIIF. Kun polymeraasi II on rekrytoitu, tekijät TFIIE ja TFIIH ovat välttämättömiä transkription aloittamiselle.

RNA-polymeraasi I ja III

Ribosomaaliset RNA: t ovat ribosomien rakenteellisia elementtejä. Ribosomaalisen RNA: n lisäksi ribosomit koostuvat proteiineista ja vastaavat lähetti-RNA-molekyylin kääntämisestä proteiiniksi.

Siirto-RNA: t osallistuvat myös tähän translaatioprosessiin, johtaen aminohappoon, joka sisällytetään muo- dostavaan polypeptidiketjuun.

Nämä RNA: t (ribosomaaliset ja siirto) transkriptoidaan RNA-polymeraasien I ja III avulla. RNA-polymeraasi I on spesifinen suurimpien ribosomaalisten RNA: ien, nimeltään 28S, 28S ja 5.8S, transkriptioon. S tarkoittaa sedimentaatiokerrointa, toisin sanoen sedimentoitumisnopeuksia sentrifugointiprosessin aikana.

RNA-polymeraasi III on vastuussa pienimpien ribosomaalisten RNA: ien (5S) koodaavien geenien kopioinnista.

Lisäksi RNA-polymeraasi III transkriboi sarjan pieniä RNA: ita (muista, että on olemassa useita RNA-tyyppejä, ei vain tunnetuimpia lähetti-, ribosomaalisia ja siirto-RNA: ita), kuten pieniä ydin-RNA: ita.

Transkriptiotekijät

RNA-polymeraasi I, joka on varattu yksinomaan ribosomaalisten geenien transkriptioon, vaatii sen aktiivisuudelle useita transkriptiotekijöitä. Ribosomaalista RNA: ta koodaavilla geeneillä on promoottori, joka sijaitsee noin 150 emäsparia "ylävirtaan" transkription aloituskohdasta.

Promoottori tunnistetaan kahdella transkriptiotekijällä: UBF ja SL1. Nämä sitoutuvat yhteistyössä promoottoriin ja rekrytoivat polymeraasi I: tä, muodostaen aloituskompleksin.

Nämä tekijät koostuvat useista proteiini-alayksiköistä. Samoin TBP näyttää olevan jaettu transkriptiotekijä kaikille kolmelle eukaryoottien polymeraasille.

RNA-polymeraasi III: lle on tunnistettu transkriptiotekijä TFIIIA, TFIIIB ja TFIIIC. Nämä sitoutuvat peräkkäin transkriptiokompleksiin.

RNA-polymeraasi organoleleissa

Yksi eukaryoottien erottavista ominaisuuksista on solun alaosat, joita kutsutaan organelleiksi. Mitokondrioilla ja kloroplasteilla on erillinen RNA-polymeraasi, joka muistuttaa tätä entsyymiä bakteereissa. Nämä polymeraasit ovat aktiivisia ja ne transkriptoivat näistä organelleista löytyneen DNA: n.

Endosymbioottisen teorian mukaan eukaryootit ovat peräisin symbioositapahtumasta, jossa yksi bakteeri imee pienemmän. Tämä asiaankuuluva evoluutio tosiasia selittää mitokondrioiden polymeraasien ja bakteerien polymeraasin samankaltaisuuden.

Arhaassa

Kuten bakteereissakin, arhaassa on vain yksi polymeraasityyppi, joka vastaa yksisoluisen organismin kaikkien geenien kopioinnista.

Archaea RNA-polymeraasi on kuitenkin hyvin samanlainen kuin polymeraasin rakenne eukaryooteissa. Ne esittävät TATA-ruudun ja erityisesti transkriptiotekijät, TBP: n ja TFIIB: n.

Yleisesti ottaen eukaryoottien transkriptioprosessi on melko samanlainen kuin archaeassa.

Erot DNA-polymeraasin kanssa

DNA: n replikaatio järjestetään entsyymikompleksin, nimeltään DNA-polymeraasi, kanssa. Vaikka tätä entsyymiä verrataan usein RNA-polymeraasiin - ne molemmat katalysoivat nukleotidiketjun polymerointia suunnassa 5 ′ - 3 ′ -, ne eroavat toisistaan ​​monessa suhteessa.

DNA-polymeraasi tarvitsee lyhyen nukleotidifragmentin molekyylin replikaation aloittamiseksi, nimeltään aluke tai aluke. RNA-polymeraasi voi aloittaa synteesin de novo, eikä se tarvitse aluetta aktiivisuudekseen.

DNA-polymeraasi kykenee sitoutumaan moniin kromosomin kohtiin, kun taas polymeraasi sitoutuu vain geenipromoottoreihin.

Mitä tulee entsyymien oikolukumekanismeihin, DNA-polymeraasin mekanismit tunnetaan paljon paremmin, koska ne pystyvät korjaamaan väärät nukleotidit, jotka on polymeroitu vahingossa.

Viitteet

1. Cooper, GM, Hausman, RE, ja Hausman, RE (2000). Solu: molekyylilähestymistapa (osa 2). Washington, DC: ASM-lehdistö.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et ai. (2002). Solun molekyylibiologia. 4. painos. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetiikka: Käsitteellinen lähestymistapa. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Geeniekspressio. UMI Books on Demand.