RNA POLYMERÁZA: STRUKTURA, FUNKCE, PROKARYOTY, EUKARYOTY - BIOLOGIE - 2025

RNA polymeráza je enzymový komplex, který je zodpovědný za zprostředkování polymerace molekuly RNA, ze sekvence DNA, použité jako na šablonu. Tento proces je prvním krokem v genové expresi a nazývá se transkripce. RNA polymeráza se váže na DNA ve velmi konkrétní oblasti, známé jako promotor.

Tento enzym - a proces transkripce obecně - je složitější v eukaryotech než v prokaryotech. Eukaryoty mají více RNA polymeráz, které se specializují na určité typy genů, na rozdíl od prokaryot, kde jsou všechny geny přepsány jedinou třídou polymerázy.

Struktura RNA polymerázy v akci.

Zdroj: Já, Splette

Zvýšená složitost eukaryotické linie v prvcích souvisejících s transkripcí pravděpodobně souvisí se sofistikovanějším systémem regulace genů, typickým pro mnohobuněčné organismy.

V archaea je transkripce podobná procesu, ke kterému dochází u eukaryot, přestože mají pouze jednu polymerázu.

Polymerázy nepůsobí samostatně. Aby transkripční proces začal správně, je nezbytná přítomnost proteinových komplexů nazývaných transkripční faktory.

Struktura

Nejlépe charakterizovanou RNA polymerázou jsou polymerázy bakterií. Skládá se z více polypeptidových řetězců. Enzym má několik podjednotek, které jsou katalogizovány jako a, p, β a σ. Ukázalo se, že tato poslední podjednotka se nepodílí přímo na katalýze, ale podílí se na specifické vazbě na DNA.

Ve skutečnosti, pokud odstraníme podjednotku σ, polymeráza může stále katalyzovat její přidruženou reakci, ale činí tak ve špatných oblastech.

Α podjednotka má hmotnost 40 000 daltonů a existují dvě. Z podjednotek β a β 'je pouze 1 a mají hmotnost 155 000 a 160 000 daltonů.

Tyto tři struktury jsou umístěny v jádru enzymu, zatímco podjednotka σ je dále pryč a nazývá se sigma faktor. Kompletní enzym - nebo holoenzym - má celkovou hmotnost téměř 480 000 daltonů.

Struktura RNA polymerázy je široce variabilní a závisí na studované skupině. Ve všech organických bytostech je však komplexním enzymem složeným z několika jednotek.

Funkce

Funkce RNA polymerázy je polymerizace nukleotidů RNA řetězce, vytvořená z DNA templátu.

Všechny informace potřebné pro konstrukci a vývoj organismu jsou zapsány v jeho DNA. Informace však nejsou přímo převedeny na proteiny. Je nutný mezistupeň k molekule messenger RNA.

Tato transformace jazyka z DNA na RNA je zprostředkována RNA polymerázou a jev se nazývá transkripce. Tento proces je podobný replikaci DNA.

V prokaryotech

Prokaryoty jsou jednobuněčné organismy bez definovaného jádra. Ze všech prokaryotů byl nejvíce studovaným organismem Escherichia coli. Tato bakterie je běžným obyvatelem naší mikrobioty a byla ideálním modelem pro genetiky.

RNA polymeráza byla poprvé izolována z tohoto organismu a většina transkripčních studií byla provedena v E. coli. V jedné buňce této bakterie najdeme až 7 000 polymerázových molekul.

Na rozdíl od eukaryot, které mají tři typy RNA polymeráz, jsou všechny prokaryoty zpracovány jediným typem polymerázy.

V eukaryotech

Co je to gen?

Eukaryoty jsou organismy, které mají jádro ohraničené membránou a mají různé organely. Eukaryotické buňky jsou charakterizovány třemi typy jaderných RNA polymeráz a každý typ je zodpovědný za transkripci konkrétních genů.

„Gen“ není snadné definovat. Obvykle jsme zvyklí volat jakoukoli sekvenci DNA, která je nakonec převedena na proteinový „gen“. Ačkoli předchozí tvrzení je pravdivé, existují i ​​geny, jejichž konečným produktem je RNA (a nikoli protein), nebo jsou to geny zapojené do regulace exprese.

Existují tři typy polymeráz, označené jako I, II a III. Níže uvádíme jeho funkce:

RNA polymeráza II

Geny, které kódují proteiny - a zahrnují messengerovou RNA - jsou přepsány RNA polymerázou II. Vzhledem k jeho významu v syntéze proteinů je to polymeráza, kterou vědci nejvíce studovali.

Transkripční faktory

Tyto enzymy nemohou řídit proces transkripce samy o sobě, potřebují přítomnost proteinů nazývaných transkripční faktory. Lze rozlišit dva typy transkripčních faktorů: obecné a doplňkové.

První skupina zahrnuje proteiny, které se účastní transkripce všech promotorů polymeráz II. Ty tvoří základní mechanismus transkripce.

V systémech in vitro bylo charakterizováno pět obecných faktorů, které jsou nezbytné pro zahájení transkripce RNA polymerázou II. Tyto promotory mají konvenční sekvenci nazvanou "TATA box".

První krok v transkripci zahrnuje vazbu faktoru zvaného TFIID na TATA box. Tento protein je komplex s více podjednotkami - včetně specifické vazebné krabice. Je také tvořen tuctem peptidů zvaných TAF (faktory spojené s TBP).

Třetím zahrnutým faktorem je TFIIF. Po přijetí polymerázy II jsou pro zahájení transkripce nezbytné faktory TFIIE a TFIIH.

RNA polymeráza I a III

Ribozomální RNA jsou strukturálními prvky ribozomů. Kromě ribozomální RNA jsou ribosomy tvořeny proteiny a jsou zodpovědné za převod molekuly messengerové RNA na protein.

Transferové RNA se také účastní tohoto translačního procesu, což vede k aminokyselině, která bude začleněna do formujícího se polypeptidového řetězce.

Tyto RNA (ribozomální a přenos) jsou transkribovány RNA polymerázami I a III. RNA polymeráza I je specifická pro transkripci největších ribozomálních RNA, známých jako 28S, 28S a 5,8S. S se vztahuje k sedimentačnímu koeficientu, to znamená k sedimentační rychlosti během odstřeďovacího procesu.

RNA polymeráza III je zodpovědná za transkripci genů, které kódují nejmenší ribozomální RNA (5S).

Kromě toho řada malých RNA (pamatujte, že existuje více typů RNA, nejen nejznámějších messengerů, ribozomálních a přenosových RNA), jako jsou malé jaderné RNA, jsou transkribovány RNA polymerázou III.

Transkripční faktory

RNA polymeráza I, vyhrazená výhradně pro transkripci ribozomálních genů, vyžaduje pro svou aktivitu několik transkripčních faktorů. Geny kódující ribozomální RNA mají promotor umístěný asi 150 párů bází "proti směru" od místa transkripce.

Promotor je rozpoznáván dvěma transkripčními faktory: UBF a SL1. Společně se vážou na promotor a rekrutují polymerázu I, čímž se vytváří iniciační komplex.

Tyto faktory se skládají z více proteinových podjednotek. Podobně se zdá, že TBP je sdíleným transkripčním faktorem pro všechny tři polymerázy v eukaryotech.

Pro RNA polymerázu III byl identifikován transkripční faktor TFIIIA, TFIIIB a TFIIIC. Tyto se vážou postupně na transkripční komplex.

RNA polymeráza v organelách

Jednou z charakteristických vlastností eukaryot je subcelulární kompartment nazývaný organely. Mitochondrie a chloroplasty mají samostatnou RNA polymerázu, která připomíná tento enzym v bakteriích. Tyto polymerázy jsou aktivní a přepisují DNA nalezenou v těchto organelách.

Podle endosymbiotické teorie pocházejí eukaryoty z symbiózy, kdy jedna bakterie pohltila menší. Tento relevantní evoluční fakt vysvětluje podobnost mezi polymerázami mitochondrií s polymerasou bakterií.

V archaea

Stejně jako u bakterií je v archaea pouze jeden typ polymerázy zodpovědný za transkripci všech genů jednobuněčného organismu.

RNA polymeráza archaea je však velmi podobná struktuře polymerázy v eukaryotech. Představují konkrétně TATA box a transkripční faktory, TBP a TFIIB.

Obecně řečeno, proces transkripce v eukaryotech je docela podobný procesu, který se nachází v archaea.

Rozdíly s DNA polymerázou

Replikace DNA je řízena enzymovým komplexem zvaným DNA polymeráza. I když je tento enzym často porovnáván s RNA polymerázou - oba katalyzují polymerizaci nukleotidového řetězce ve směru 5 'až 3' - liší se v několika ohledech.

DNA polymeráza potřebuje krátký nukleotidový fragment, aby mohla zahájit replikaci molekuly, nazývanou primer nebo primer. RNA polymeráza může zahájit syntézu de novo a pro svou aktivitu nepotřebuje primer.

DNA polymeráza je schopna vázat se na různá místa podél chromozomu, zatímco polymeráza se váže pouze na promotory genů.

Pokud jde o korekční mechanismy enzymů, jsou mnohem lépe známy mechanismy DNA polymerázy, které jsou schopny opravit chybné nukleotidy, které byly omylem polymerovány.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Buňka: molekulární přístup (svazek 2). Washington, DC: ASM press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Biologie molekulárních buněk. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molekulární biologie buňky. 4. vydání. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetika: Koncepční přístup. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Genový výraz. Knihy UMI na vyžádání.