RNA POLYMERÁZA: ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, PROKARYOTY, EUKARYOTY - BIOLÓGIE - 2026

RNA polymeráza je enzýmový komplex, ktorý je zodpovedný za sprostredkovanie polymerizácie molekuly RNA, zo sekvencie DNA, použité ako na šablónu. Tento proces je prvým krokom v génovej expresii a nazýva sa transkripcia. RNA polymeráza sa viaže na DNA vo veľmi špecifickej oblasti, známej ako promótor.

Tento enzým - a proces transkripcie všeobecne - je v eukaryotoch komplexnejší ako v prokaryotoch. Eukaryoty majú viac RNA polymeráz, ktoré sa špecializujú na určité typy génov, na rozdiel od prokaryot, kde sú všetky gény transkribované jednou triedou polymerázy.

Štruktúra RNA polymerázy v akcii.
Zdroj: I, Splette

Zvýšená zložitosť v eukaryotickej línii v prvkoch súvisiacich s transkripciou pravdepodobne súvisí so sofistikovanejším systémom regulácie génov, typickým pre mnohobunkové organizmy.

V archaea je transkripcia podobná procesu, ktorý sa vyskytuje v eukaryotoch, napriek tomu, že majú iba jednu polymerázu.

Polymerázy nepôsobia samostatne. Aby transkripčný proces začal správne, je nevyhnutná prítomnosť proteínových komplexov nazývaných transkripčné faktory.

štruktúra

Najlepšie charakterizovaná RNA polymeráza sú polymerázy baktérií. Skladá sa z viacerých polypeptidových reťazcov. Enzým má niekoľko podjednotiek, ktoré sú katalogizované ako a, P, P 'a σ. Ukázalo sa, že táto posledná podjednotka sa nezúčastňuje priamo na katalýze, ale je zapojená do špecifickej väzby na DNA.

V skutočnosti, ak odstránime podjednotku σ, polymeráza môže stále katalyzovať svoju pridruženú reakciu, ale robí to v nesprávnych oblastiach.

Podjednotka a má hmotnosť 40 000 daltonov a sú dve. Z podjednotiek ß a ′ je len 1 a majú hmotnosť 155 000 a 160 000 daltonov.

Tieto tri štruktúry sa nachádzajú v jadre enzýmu, zatiaľ čo podjednotka σ je ďalej preč a nazýva sa sigma faktor. Kompletný enzým - alebo holoenzým - má celkovú hmotnosť takmer 480 000 daltonov.

Štruktúra RNA polymerázy je široko variabilná a závisí od študovanej skupiny. Avšak vo všetkých organických bytostiach je to komplexný enzým zložený z niekoľkých jednotiek.

Vlastnosti

Funkciou RNA polymerázy je polymerizácia nukleotidov RNA reťazca, vytvorená z templátu DNA.

Všetky informácie potrebné na konštrukciu a vývoj organizmu sú uvedené v jeho DNA. Informácie sa však priamo neprekladajú na proteíny. Je nevyhnutný medzistupeň k molekule mediátora RNA.

Táto transformácia jazyka z DNA na RNA je sprostredkovaná RNA polymerázou a jav sa nazýva transkripcia. Tento proces je podobný replikácii DNA.

V prokaryotoch

Prokaryoty sú jednobunkové organizmy bez definovaného jadra. Zo všetkých prokaryotov bol najštudovanejším organizmom Escherichia coli. Táto baktéria je normálnym obyvateľom našej mikrobioty a bola ideálnym modelom pre genetikov.

RNA polymeráza bola prvýkrát izolovaná z tohto organizmu a väčšina transkripčných štúdií bola uskutočnená v E. coli. V jednej bunke tejto baktérie nájdeme až 7 000 molekúl polymerázy.

Na rozdiel od eukaryot, ktoré majú tri typy RNA polymeráz, všetky prokaryoty sú spracované jediným typom polymerázy.

V eukaryotoch

Čo je to gén?

Eukaryoty sú organizmy, ktoré majú jadro ohraničené membránou a majú rôzne organely. Eukaryotické bunky sú charakterizované tromi typmi nukleázových RNA polymeráz a každý typ je zodpovedný za transkripciu konkrétnych génov.

„Gén“ nie je ľahké definovať. Zvyčajne sme zvyknutí volať akúkoľvek sekvenciu DNA, ktorá je nakoniec preložená do proteínového „génu“. Aj keď je predchádzajúce tvrdenie pravdivé, existujú aj gény, ktorých konečným produktom je RNA (a nie proteín), alebo sú to gény, ktoré sa podieľajú na regulácii expresie.

Existujú tri typy polymeráz, označené ako I, II a III. Nižšie popíšeme jeho funkcie:

RNA polymeráza II

Gény, ktoré kódujú proteíny - a zahŕňajú messengerovú RNA - sú transkribované RNA polymerázou II. Vzhľadom na svoju dôležitosť pri syntéze proteínov je to najviac študovaná polymeráza vedcov.

Transkripčné faktory

Tieto enzýmy nemôžu riadiť transkripčný proces samy osebe, potrebujú prítomnosť proteínov nazývaných transkripčné faktory. Rozlišujú sa dva typy transkripčných faktorov: všeobecné a doplnkové.

Prvá skupina zahŕňa proteíny, ktoré sú zapojené do transkripcie všetkých promótorov polymeráz II. Tieto tvoria základný mechanizmus transkripcie.

V systémoch in vitro bolo charakterizovaných päť všeobecných faktorov, ktoré sú nevyhnutné na iniciáciu transkripcie RNA polymerázou II. Tieto promótory majú konvenčnú sekvenciu nazývanú „TATA box“.

Prvý krok v transkripcii zahŕňa väzbu faktora nazývaného TFIID na TATA box. Tento proteín je komplex s viacerými podjednotkami - vrátane špecifického väzbového boxu. Tvorí ho aj tucet peptidov nazývaných TAF (faktory spojené s TBP).

Tretím zahrnutým faktorom je TFIIF. Po získaní polymerázy II sú na začatie transkripcie potrebné faktory TFIIE a TFIIH.

RNA polymeráza I a III

Ribozomálne RNA sú štruktúrnymi prvkami ribozómov. Okrem ribozomálnej RNA sú ribozómy tvorené proteínmi a sú zodpovedné za transláciu molekuly mediátora RNA na proteín.

Transferové RNA sa tiež podieľajú na tomto translačnom procese, čo vedie k aminokyseline, ktorá bude začlenená do formujúceho sa polypeptidového reťazca.

Tieto RNA (ribozomálne a transferové) sú transkribované RNA polymerázami I a III. RNA polymeráza I je špecifická pre transkripciu najväčších ribozomálnych RNA, známych ako 28S, 28S a 5,8S. S sa týka sedimentačného koeficientu, to znamená rýchlosti sedimentácie počas procesu odstreďovania.

RNA polymeráza III je zodpovedná za transkripciu génov, ktoré kódujú najmenšie ribozomálne RNA (5S).

Okrem toho sa pomocou RNA polymerázy III transkribuje séria malých RNA (nezabudnite, že existuje viacero typov RNA, nielen najznámejší mediátor, ribozomálny a prenosový RNA), ako sú malé nukleárne RNA.

Transkripčné faktory

RNA polymeráza I vyhradená výlučne na transkripciu ribozomálnych génov vyžaduje pre svoju aktivitu niekoľko transkripčných faktorov. Gény kódujúce ribozomálnu RNA majú promótor lokalizovaný asi 150 párov báz "upstream" od počiatočného miesta transkripcie.

Promótor je rozpoznávaný dvoma transkripčnými faktormi: UBF a SL1. Tieto sa kooperatívne viažu na promótor a prijímajú polymerázu I za vzniku iniciačného komplexu.

Tieto faktory sa skladajú z viacerých proteínových podjednotiek. Podobne sa zdá, že TBP je zdieľaným transkripčným faktorom pre všetky tri polymerázy v eukaryotoch.

Pre RNA polymerázu III bol identifikovaný transkripčný faktor TFIIIA, TFIIIB a TFIIIC. Tieto sa viažu postupne na transkripčný komplex.

RNA polymeráza v organelách

Jednou z charakteristických vlastností eukaryotov sú subcelulárne kompartmenty nazývané organely. Mitochondrie a chloroplasty majú samostatnú RNA polymerázu, ktorá pripomína tento enzým v baktériách. Tieto polymerázy sú aktívne a transkribujú DNA nájdenú v týchto organelách.

Podľa endosymbiotickej teórie pochádzajú eukaryoty z symbiózy, kde jedna baktéria pohltila menšiu. Táto relevantná evolučná skutočnosť vysvetľuje podobnosť medzi polymerázami mitochondrií s polymerázou baktérií.

In archaea

Rovnako ako v baktériách, v archaea existuje iba jeden typ polymerázy zodpovedný za transkripciu všetkých génov jednobunkového organizmu.

RNA polymeráza archaea je však veľmi podobná štruktúre polymerázy v eukaryotoch. Predstavujú špecificky TATA box a transkripčné faktory, TBP a TFIIB.

Vo všeobecnosti je proces transkripcie v eukaryotoch veľmi podobný procesu transkripcie v archaea.

Rozdiely s DNA polymerázou

Replikácia DNA je organizovaná enzýmovým komplexom nazývaným DNA polymeráza. Aj keď je tento enzým často porovnávaný s RNA polymerázou - obidve katalyzujú polymerizáciu nukleotidového reťazca v smere 5 'až 3' - líšia sa vo viacerých ohľadoch.

DNA polymeráza potrebuje krátky nukleotidový fragment, aby mohla začať replikáciu molekuly nazývanú primér alebo primer. RNA polymeráza môže začať syntézu de novo a pre svoju aktivitu nepotrebuje primer.

DNA polymeráza je schopná viazať sa na rôzne miesta pozdĺž chromozómu, zatiaľ čo polymeráza sa viaže iba na génové promótory.

Pokiaľ ide o korekčné mechanizmy enzýmov, sú oveľa lepšie známe mechanizmy DNA polymerázy, ktoré sú schopné korigovať nesprávne nukleotidy, ktoré boli omylom polymerizované.

Referencie

1. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Bunka: molekulárny prístup (zväzok 2). Washington, DC: ASM press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulárna bunková biológia. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, a kol. (2002). Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetika: koncepčný prístup. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Génová expresia. Knihy UMI na požiadanie.