RNA-POLYMERASE: STRUKTUR, FUNKTIONER, PROKARYOTER, EUKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den RNA-polymerase er et enzym kompleks, der er ansvarlig for at mediere polymerisation af et RNA-molekyle, fra en DNA-sekvens, der anvendes som en skabelon. Denne proces er det første trin i genekspression og kaldes transkription. RNA-polymerase binder til DNA i en meget bestemt region, kendt som promotoren.

Dette enzym - og transkriptionsprocessen generelt - er mere kompleks i eukaryoter end i prokaryoter. Eukaryoter har flere RNA-polymeraser, der er specialiserede i bestemte gener af gener i modsætning til prokaryoter, hvor alle gener er transkriberet af en enkelt klasse af polymerase.

Struktur af RNA-polymerase i aktion.

Kilde: I, Splette

Den øgede kompleksitet inden for den eukaryotiske afstamning i elementer relateret til transkription er formodentlig relateret til et mere sofistikeret genreguleringssystem, typisk for flercellede organismer.

I archaea ligner transkription den proces, der forekommer i eukaryoter, på trods af det faktum, at de kun har en polymerase.

Polymeraser fungerer ikke alene. For at transkriptionsprocessen skal starte korrekt, er tilstedeværelsen af ​​proteinkomplekser kaldet transkriptionsfaktorer nødvendig.

Struktur

Den bedst karakteriserede RNA-polymerase er polymeraser af bakterier. Det består af flere polypeptidkæder. Enzymet har flere underenheder, katalogiseret som α, β, β ′ og σ. Det er vist, at denne sidste underenhed ikke deltager direkte i katalyse, men er involveret i specifik binding til DNA.

Faktisk, hvis vi fjerner σ-underenheden, kan polymerasen stadig katalysere dens tilknyttede reaktion, men det gør det i de forkerte områder.

Α-underenheden har en masse på 40.000 dalton, og der er to. Af β- og β ′-underenhederne er der kun 1, og de har en masse på henholdsvis 155.000 og 160.000 dalton.

Disse tre strukturer er placeret i enzyms kerne, mens σ-underenheden er længere væk og kaldes sigmafaktoren. Det komplette enzym - eller holoenzymet - har en totalvægt tæt på 480.000 dalton.

Strukturen af ​​RNA-polymerase er vidt varierende og afhænger af den studerede gruppe. I alle organiske væsener er det imidlertid et komplekst enzym, der består af flere enheder.

Funktioner

Funktionen af ​​RNA-polymerase er polymerisationen af ​​nukleotider i en RNA-kæde, bygget fra en DNA-skabelon.

Al den nødvendige information til konstruktion og udvikling af en organisme er skrevet i dens DNA. Oplysningerne er imidlertid ikke direkte oversat til proteiner. Mellemtrinnet til et messenger-RNA-molekyle er nødvendigt.

Denne transformation af sproget fra DNA til RNA medieres af RNA-polymerase, og fænomenet kaldes transkription. Denne proces ligner DNA-replikation.

I prokaryoter

Prokaryoter er encellede organismer uden en defineret kerne. Af alle prokaryoter har den mest studerede organisme været Escherichia coli. Denne bakterie er en normal indbygger i vores mikrobiota og har været den ideelle model for genetikere.

RNA-polymerase blev først isoleret fra denne organisme, og de fleste transkriptionsundersøgelser er blevet udført i E. coli. I en enkelt celle af denne bakterie kan vi finde op til 7000 polymerasemolekyler.

I modsætning til eukaryoter, der har tre typer RNA-polymeraser, i prokaryoter behandles alle gener af en enkelt type polymerase.

I eukaryoter

Hvad er et gen?

Eukaryoter er organismer, der har en kerne afgrænset af en membran og har forskellige organeller. Eukaryote celler er kendetegnet ved tre typer af nukleare RNA-polymeraser, og hver type er ansvarlig for transkriptionen af ​​bestemte gener.

Et "gen" er ikke et let udtryk at definere. Normalt er vi vant til at kalde enhver DNA-sekvens, der omsider omsættes til et protein-gen. Selvom den forrige erklæring er sand, er der også gener, hvis slutprodukt er et RNA (og ikke et protein), eller de er gener, der er involveret i reguleringen af ​​ekspression.

Der er tre typer polymeraser, betegnet som I, II og III. Vi beskriver dens funktioner nedenfor:

RNA-polymerase II

De gener, der koder for proteiner - og involverer et messenger-RNA - transkriberes af RNA-polymerase II. På grund af dets relevans i proteinsyntese har det været den polymerase, der mest blev undersøgt af forskere.

Transkriptionsfaktorer

Disse enzymer kan ikke styre transkriptionsprocessen i sig selv, de har brug for tilstedeværelsen af ​​proteiner kaldet transkriptionsfaktorer. Der kan skelnes mellem to typer transkriptionsfaktorer: generel og yderligere.

Den første gruppe inkluderer proteiner, der er involveret i transkriptionen af ​​alle promotorer af polymeraser II. Disse udgør det grundlæggende maskiner til transkription.

I in vitro-systemer er fem generelle faktorer, der er uundværlige til initiering af transkription med RNA-polymerase II, blevet karakteriseret. Disse promotorer har en konsensus-sekvens kaldet "TATA-boksen".

Det første trin i transkription involverer binding af en faktor kaldet TFIID til TATA-boksen. Dette protein er et kompleks med flere underenheder - inklusive en specifik bindingsboks. Det består også af et dusin peptider kaldet TAF'er (TBP-associerede faktorer).

En tredje faktor involveret er TFIIF. Efter rekruttering af polymerase II er faktorerne TFIIE og TFIIH nødvendige til initiering af transkription.

RNA-polymerase I og III

Ribosomale RNA'er er strukturelle elementer i ribosomer. Foruden ribosomalt RNA består ribosomer af proteiner og er ansvarlige for at oversætte et messenger-RNA-molekyle til protein.

Transfer-RNA'er deltager også i denne translationsproces, hvilket fører til den aminosyre, der vil blive inkorporeret i den dannende polypeptidkæde.

Disse RNA'er (ribosomal og transfer) transkriberes af RNA-polymeraser I og III. RNA-polymerase I er specifik for transkription af de største ribosomale RNA'er, kendt som 28S, 28S og 5.8S. S refererer til sedimentationskoefficienten, det vil sige sedimenteringshastighederne under centrifugeringsprocessen.

RNA-polymerase III er ansvarlig for transkriptionen af ​​de gener, der koder for de mindste ribosomale RNA'er (5S).

Derudover transkriberes en række små RNA'er (husk, at der er flere typer RNA, ikke kun den bedst kendte messenger, ribosomale og overførings-RNA'er), såsom små nukleare RNA'er, af RNA-polymerase III.

Transkriptionsfaktorer

RNA-polymerase I, der udelukkende er reserveret til transkription af ribosomale gener, kræver adskillige transkriptionsfaktorer for dens aktivitet. Gener, der koder for ribosomalt RNA, har en promotor lokaliseret ca. 150 basepar "opstrøms" fra det transkriptionelle startsted.

Promotoren genkendes af to transkriptionsfaktorer: UBF og SL1. Disse binder kooperativt til promotoren og rekrutterer polymerase I, hvilket danner initieringskomplekset.

Disse faktorer består af flere protein-underenheder. Tilsvarende ser TBP ud til at være en delt transskriptionsfaktor for alle tre polymeraser i eukaryoter.

For RNA-polymerase III er transkriptionsfaktoren TFIIIA, TFIIIB og TFIIIC identificeret. Disse binder sekventielt til transkriptionskomplekset.

RNA-polymerase i organeller

Et af de kendetegnende for eukaryoter er de subcellulære rum, der kaldes organeller. Mitochondria og chloroplasts har en separat RNA-polymerase, der minder om dette enzym i bakterier. Disse polymeraser er aktive, og de transkriberer det DNA, der findes i disse organeller.

I henhold til den endosymbiotiske teori kommer eukaryoter fra en symbiosehændelse, hvor en bakterie indhyllede en mindre. Denne relevante evolutionære kendsgerning forklarer ligheden mellem polymeraser i mitokondrier med polymerase af bakterier.

I archaea

Ligesom i bakterier er der i archaea kun en type polymerase, der er ansvarlig for transkriptionen af ​​alle gener i den encellede organisme.

Dog er RNA-polymerasen af ​​archaea meget lig strukturen af ​​polymerase i eukaryoter. De præsenterer en TATA-boks og transkriptionsfaktorer, TBP og TFIIB, specifikt.

Generelt er transkriptionsprocessen i eukaryoter meget lig den, der findes i archaea.

Forskelle med DNA-polymerase

DNA-replikation orkestreres af et enzymkompleks kaldet DNA-polymerase. Selvom dette enzym ofte sammenlignes med RNA-polymerase - begge katalyserer polymerisationen af ​​en nukleotidkæde i 5 ′ til 3 ′ retningen - adskiller de sig i flere henseender.

DNA-polymerase har brug for et kort nukleotidfragment for at starte replikationen af ​​molekylet, kaldet en primer eller en primer. RNA-polymerase kan starte syntese de novo og har ikke brug for primeren for dens aktivitet.

DNA-polymerase er i stand til at binde til forskellige steder langs et kromosom, hvorimod polymerase kun binder til genpromotorer.

Hvad angår korrekturlæsningsmekanismerne for enzymer, er DNA-polymerasemetoder meget bedre kendt, idet de er i stand til at korrigere de forkerte nukleotider, der er blevet polymeriseret ved en fejltagelse.

Referencer

1. Cooper, GM, Hausman, RE & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilgang (bind 2). Washington, DC: ASM-presse.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Cellens molekylærbiologi. 4. udgave. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetik: En konceptuel tilgang. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Genudtryk. UMI Books on Demand.