RNA πολυμεράση δομή, λειτουργεί, σε προκαρυώτες, σε ευκαρυωτικά και στην αρχαία

Το RNA πολυμεράση είναι ένα ενζυματικό σύμπλοκο που είναι υπεύθυνο για τη μεσολάβηση του πολυμερισμού ενός μορίου RNA, ξεκινώντας από μια ακολουθία DNA που χρησιμοποιείται ως εκμαγείο. Αυτή η διαδικασία είναι το πρώτο βήμα της γονιδιακής έκφρασης και ονομάζεται μεταγραφή. Η πολυμεράση RNA συνδέεται με το DNA σε μια πολύ συγκεκριμένη περιοχή, γνωστή ως προαγωγός.

Αυτό το ένζυμο - και η διαδικασία της μεταγραφής γενικά - είναι πιο πολύπλοκη στα ευκαρυωτικά παρά στα προκαρυωτικά. Οι ευκαρυώτες διαθέτουν πολλαπλές πολυμεράσες RNA που ειδικεύονται σε ορισμένους τύπους γονιδίων, σε αντίθεση με τα προκαρυωτικά όπου όλα τα γονίδια μεταγράφονται από μία μόνο κατηγορία πολυμεράσης.

Η αύξηση της πολυπλοκότητας εντός της γραμμής των ευκαρυωτικών στα στοιχεία που σχετίζονται με τη μεταγραφή σχετίζεται πιθανώς με ένα πιο περίπλοκο σύστημα γονιδιακής ρύθμισης, χαρακτηριστικό των πολυκύτταρων οργανισμών.

Στην αρχαία, η μεταγραφή είναι παρόμοια με τη διαδικασία που συμβαίνει στους ευκαρυώτες, αν και έχουν μόνο μία πολυμεράση.

Οι πολυμεράσες δεν δρουν μόνοι τους. Για να ξεκινήσει σωστά η διαδικασία μεταγραφής, είναι απαραίτητη η παρουσία συμπλοκών πρωτεϊνών που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής.

Ευρετήριο

• 1 Δομή
• 2 Λειτουργίες
• 3 Στα προκαρυωτικά
• 4 Στα ευκαρυωτικά
  • 4.1 Τι είναι ένα γονίδιο?
  • 4.2 RNA πολυμεράση II
  • 4.3 RNA πολυμεράση Ι και III
  • 4.4 RNA πολυμεράση σε οργανίδια
• 5 Στην αρχαία
• 6 Διαφορές με DNA πολυμεράση
• 7 Αναφορές

Δομή

Οι καλύτερα χαρακτηρισμένες RNA πολυμεράσες είναι οι πολυμεράσες των βακτηρίων. Αυτό αποτελείται από πολλαπλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες. Το ένζυμο έχει διάφορες υπομονάδες, κατατάσσονται ως α, β, β 'και σ. Έχει αποδειχθεί ότι αυτή η τελευταία υπομονάδα δεν συμμετέχει άμεσα στην κατάλυση, αλλά εμπλέκεται στην ειδική σύνδεση προς το DNA.

Στην πραγματικότητα, αν εξαλείψουμε την υπομονάδα σ η πολυμεράση μπορεί ακόμα να καταλύει τη σχετική αντίδραση της, αλλά το κάνει σε λανθασμένες περιοχές.

Η α υπομονάδα έχει μάζα 40.000 Daltons και υπάρχουν δύο. Από τις υπομονάδες β και β 'υπάρχει μόνο 1 και έχουν μια μάζα 155.000 και 160.000 dalton αντίστοιχα.

Αυτές οι τρεις δομές βρίσκονται στον πυρήνα του ενζύμου, ενώ η υπομονάδα σ είναι πιο μακριά και ονομάζεται συντελεστής σίγμα. Το πλήρες ένζυμο - ή το ολοένζυμο - έχει συνολικό βάρος κοντά σε 480.000 Daltons.

Η δομή της πολυμεράσης RNA είναι ευρέως μεταβλητή και εξαρτάται από την ομάδα που μελετήθηκε. Ωστόσο, σε όλα τα οργανικά όντα υπάρχει ένα σύνθετο ένζυμο, το οποίο αποτελείται από πολλές μονάδες.

Λειτουργίες

Η λειτουργία της πολυμεράσης RNA είναι ο πολυμερισμός των νουκλεοτιδίων μιας αλυσίδας RNA, που κατασκευάζεται από ένα πρότυπο ϋΝΑ.

Όλες οι πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή και την ανάπτυξη ενός οργανισμού είναι γραμμένες στο DNA του. Ωστόσο, οι πληροφορίες δεν μεταφράζονται απευθείας σε πρωτεΐνες. Το ενδιάμεσο βήμα προς ένα μόριο RNA αγγελιοφόρου είναι απαραίτητο.

Αυτός ο μετασχηματισμός της γλώσσας από το DNA στο RNA προκαλείται από την πολυμεράση RNA και το φαινόμενο ονομάζεται μεταγραφή. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την αντιγραφή του DNA.

Σε προκαρυώτες

Οι προκαρυώτες είναι μονοκύτταροι οργανισμοί, χωρίς καθορισμένο πυρήνα. Από όλους τους προκαρυώτες, ήταν ο πιο μελετημένος οργανισμός Escherichia coli. Αυτό το βακτήριο είναι ένας κανονικός κάτοικος της μικροβιοτόπου μας και υπήρξε το ιδανικό μοντέλο για γενετιστές.

Η RNA πολυμεράση απομονώθηκε αρχικά σε αυτόν τον οργανισμό και οι περισσότερες από τις μελέτες μεταγραφής διεξήχθησαν στο Ε. Coli. Σε ένα μόνο κύτταρο αυτού του βακτηρίου μπορούμε να βρούμε έως και 7000 μόρια πολυμεράσης.

Σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες που έχουν τρεις τύπους πολυμεράσης RNA, σε προκαρυωτικά όλα τα γονίδια υποβάλλονται σε επεξεργασία με ένα μόνο τύπο πολυμεράσης.

Σε ευκαρυώτες

Τι είναι ένα γονίδιο?

Οι ευκαρυώτες είναι οργανισμοί που έχουν έναν πυρήνα οριοθετημένο από μια μεμβράνη και έχουν διαφορετικά οργανίδια. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από τρεις τύπους πυρηνικών RNA πολυμεασών και κάθε τύπος είναι υπεύθυνος για τη μεταγραφή συγκεκριμένων γονιδίων.

Ένα "γονίδιο" δεν είναι εύκολο να οριστεί. Συνήθως, έχουμε συνηθίσει να καλούμε οποιοδήποτε γονίδιο "DNA" που μεταφράζεται τελικά σε πρωτεΐνη. Αν και η προηγούμενη δήλωση είναι αληθής, υπάρχουν και γονίδια των οποίων το τελικό προϊόν είναι ένα RNA (και όχι μια πρωτεΐνη), ή είναι γονίδια που εμπλέκονται στη ρύθμιση της έκφρασης.

Υπάρχουν τρεις τύποι πολυμεράσεων, οι οποίοι ονομάζονται I, II και III. Θα περιγράψουμε τις παρακάτω λειτουργίες:

RNA πολυμεράση II

Τα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες - και περιλαμβάνουν ένα αγγελιαφόρο RNA - μεταγράφονται από την RNA πολυμεράση II. Λόγω της συνάφειας της με την πρωτεϊνική σύνθεση, ήταν η πιο μελετημένη πολυμεράση από τους ερευνητές.

Παράγοντες μεταγραφής

Αυτά τα ένζυμα δεν μπορούν να κατευθύνουν τη διαδικασία της μεταγραφής από μόνα τους, χρειάζονται την παρουσία πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Μπορούμε να διακρίνουμε δύο τύπους παραγόντων μεταγραφής: γενικές και επιπρόσθετες.

Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη μεταγραφή του όλοι οι προωθητές των πολυμεράσεων II. Αυτά αποτελούν τον βασικό μηχανισμό της μεταγραφής.

Στα συστήματα in vitro, Έχουν χαρακτηριστεί πέντε γενικοί παράγοντες που είναι απαραίτητοι για την έναρξη της μεταγραφής με RNA πολυμεράση II. Αυτοί οι υποκινητές έχουν μια ακολουθία συναίνεσης που ονομάζεται "κουτί TATA".

Το πρώτο βήμα της μεταγραφής περιλαμβάνει τη δέσμευση ενός παράγοντα που ονομάζεται TFIID στο πλαίσιο TATA. Αυτή η πρωτεΐνη είναι ένα σύμπλεγμα με πολλαπλές υπομονάδες - μεταξύ αυτών, ένα ειδικό για το κουτί. Αποτελείται επίσης από μια ντουζίνα πεπτιδίων που ονομάζονται TAFs (από τα αγγλικά Συντελεστές που σχετίζονται με την ΤΒΡ).

Ένας τρίτος παράγοντας που εμπλέκεται είναι ο TFIIF. Μετά την πρόσληψη της πολυμεράσης II, οι παράγοντες TFIIE και TFIIH είναι απαραίτητοι για την έναρξη της μεταγραφής.

RNA πολυμεράση Ι και III

Τα ριβοσωμικά RNA είναι δομικά στοιχεία των ριβοσωμάτων. Εκτός από το ριβοσωμικό RNA, τα ριβοσώματα αποτελούνται από πρωτεΐνες και είναι υπεύθυνα για τη μετάφραση ενός μορίου αγγελιαφόρου RNA σε πρωτεΐνη.

Μεταφορά RNAs συμμετέχουν επίσης σε αυτή τη διαδικασία μετάφρασης, οδηγώντας στο αμινοξύ που θα ενσωματωθεί στην πολυπεπτιδική αλυσίδα στο σχηματισμό.

Αυτά τα RNA (ριβοσωμικά και μεταφορά) μεταγράφονται από RNA πολυμεράσες Ι και III. Η RNA πολυμεράση Ι είναι ειδική για τη μεταγραφή των μεγαλύτερων ριβοσωμικών RNA, γνωστών ως 28S, 28S και 5.8S. Το S αναφέρεται στον συντελεστή καθίζησης, δηλαδή στους ρυθμούς καθίζησης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φυγοκέντρησης.

Η RNA πολυμεράση III είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή των γονιδίων που κωδικοποιούν τα μικρότερα ριβοσωμικά RNAs (5S).

Επιπλέον, μια σειρά από μικρά RNA (να θυμάστε ότι υπάρχουν πολλαπλοί τύποι RNA, όχι μόνο ο πιο γνωστός αγγελιοφόρος, ριβοσωματικός και RNA μεταφοράς) ως το μικρό πυρηνικό RNA, μεταγράφονται από RNA πολυμεράση III.

Παράγοντες μεταγραφής

Η RNA πολυμεράση Ι, που προορίζεται αποκλειστικά για τη μεταγραφή των ριβοσωμικών γονιδίων, απαιτεί διάφορους παράγοντες μεταγραφής για τη δραστικότητά της. Τα γονίδια που κωδικοποιούν για το ριβοσωμικό RNA έχουν έναν εντοπισμένο προαγωγό περίπου 150 ζεύγη βάσεων "ανοδικά" της θέσης έναρξης μεταγραφής.

Ο προαγωγός αναγνωρίζεται από δύο παράγοντες μεταγραφής: UBF και SL1. Αυτά συνενώνονται με τον προαγωγό και προσλαμβάνουν πολυμεράση Ι, σχηματίζοντας το σύμπλεγμα έναρξης.

Αυτοί οι παράγοντες σχηματίζονται από υπομονάδες πολλαπλών πρωτεϊνών. Παρομοίως, η ΤΒΡ φαίνεται να είναι ένας κοινός παράγοντας μεταγραφής για τις τρεις πολυμεράσες σε ευκαρυώτες.

Για την RNA πολυμεράση III, ο παράγοντας μεταγραφής TFIIIA, TFIIIB και TFIIIC έχουν ταυτοποιηθεί. Αυτά συνδέονται διαδοχικά με το σύμπλοκο μεταγραφής.

RNA πολυμεράση σε οργανίδια

Τα υποκυτταρικά διαμερίσματα που ονομάζονται οργανίδια είναι ένα από τα διακριτικά χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες έχουν ξεχωριστή πολυμεράση RNA που μοιάζει με αυτό το ένζυμο σε βακτήρια. Αυτές οι πολυμεράσες είναι δραστικές και μεταγράφουν το DNA που βρίσκεται σε αυτά τα οργανίδια.

Σύμφωνα με την ενδοσυμμυωτική θεωρία, οι ευκαρυώτες προέρχονται από συμβάν συμβίωσης, όπου ένα βακτήριο κατάπιε ένα μικρότερο. Αυτό το σχετικό εξελικτικό γεγονός εξηγεί την ομοιότητα μεταξύ των πολυμεράσεων των μιτοχονδρίων με την πολυμεράση των βακτηρίων.

Στην αρχαία

Όπως και στα βακτήρια, στην αρχαία υπάρχει μόνο ένας τύπος πολυμεράσης υπεύθυνος για τη μεταγραφή όλων των γονιδίων του μονοκύτταρου οργανισμού.

Ωστόσο, η RNA πολυμεράση στο αρχάριο είναι πολύ παρόμοια με τη δομή της πολυμεράσης στους ευκαρυώτες. Παρουσιάζουν ένα κουτί TATA και παράγοντες μεταγραφής, συγκεκριμένα το TBP και το TFIIB.

Γενικά, η διαδικασία της μεταγραφής σε ευκαρυωτικά είναι αρκετά παρόμοια με αυτή που βρέθηκε στην αρχαία..

Διαφορές με DNA πολυμεράση

Ο αναδιπλασιασμός του DNA ενορχηστρώνεται από ένα ενζυμικό σύμπλοκο που ονομάζεται DNA πολυμεράση. Αν και αυτό το ένζυμο συγκρίνεται συνήθως με την πολυμεράση RNA - αμφότερα καταλύουν τον πολυμερισμό μιας νουκλεοτιδικής αλυσίδας στην κατεύθυνση 5 'προς 3' - υπάρχουν διαφορές σε διάφορες πτυχές.

Η ϋΝΑ πολυμεράση χρειάζεται ένα κοντό θραύσμα νουκλεοτιδίων για να είναι ικανό να αρχίσει την αντιγραφή του μορίου, που ονομάζεται εκκινητής ή εκκινητής. Η πολυμεράση RNA μπορεί να ξεκινήσει τη σύνθεση de novo, και δεν χρειάζεται την πρώτη για τη δραστηριότητά της.

Η ϋΝΑ πολυμεράση είναι ικανή να δεσμεύεται σε αρκετές θέσεις κατά μήκος ενός χρωμοσώματος, ενώ η πολυμεράση δεσμεύεται μόνο σε προαγωγείς γονιδίων.

Όσον αφορά τους μηχανισμούς του διόρθωση των ενζύμων, αυτά της ϋΝΑ πολυμεράσης είναι πολύ καλύτερα γνωστά, είναι σε θέση να διορθώσουν τα λανθασμένα νουκλεοτίδια που έχουν πολυμεριστεί κατά λάθος.

Αναφορές

1. Cooper, G. Μ., Hausman, R. Ε., & Hausman, R. Ε. (2000). Το κελί: μια μοριακή προσέγγιση (Τόμος 2). Ουάσινγκτον, DC: Πιέστε ASM.
2. Οι Lodish, H., Berk, Α., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, Μ., Scott, Μ.Ρ., & Matsudaira,. Βιολογία των μοριακών κυττάρων. Macmillan.
3. Alberts Β, Johnson Α, Lewis J, et αϊ. (2002). Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου. 4η έκδοση. Νέα Υόρκη: Garland Science
4. Pierce, Β. Α. (2009). Γενετική: Μια εννοιολογική προσέγγιση. Ed. Panamericana Medical.
5. Lewin, Β. (1975). Έκφραση γονιδίων. Βιβλία UMI κατόπιν αιτήματος.