RNA-POLYMERASE: STRUKTUR, FUNKSJONER, PROKARYOTER, EUKARYOTER - BIOLOGI - 2026

Den RNA-polymerase er et enzym-komplekset som er ansvarlig for formidling av polymerisering av et RNA-molekyl, fra en DNA-sekvens anvendt som en templat. Denne prosessen er det første trinnet i genuttrykk, og kalles transkripsjon. RNA-polymerase binder seg til DNA i et veldig bestemt område, kjent som promotoren.

Dette enzymet - og transkripsjonsprosessen generelt - er mer komplisert i eukaryoter enn i prokaryoter. Eukaryoter har flere RNA-polymeraser som spesialiserer seg i visse typer gener, i motsetning til prokaryoter der alle gener er transkribert av en enkelt klasse av polymerase.

Struktur av RNA-polymerase i aksjon.
Kilde: I, Splette

Den økte kompleksiteten i eukaryotisk avstamning i elementer relatert til transkripsjon er antagelig relatert til et mer sofistikert genreguleringssystem, typisk for flercellede organismer.

I archaea er transkripsjon lik prosessen som forekommer i eukaryoter, til tross for at de bare har en polymerase.

Polymeraser virker ikke alene. For at transkripsjonsprosessen skal starte riktig, er tilstedeværelsen av proteinkomplekser kalt transkripsjonsfaktorer nødvendig.

Struktur

Den best karakteriserte RNA-polymerasen er polymerasene til bakterier. Den består av flere polypeptidkjeder. Enzymet har flere underenheter, katalogisert som α, β, β ′ og σ. Det er vist at denne siste underenheten ikke deltar direkte i katalyse, men er involvert i spesifikk binding til DNA.

Faktisk, hvis vi fjerner σ-underenheten, kan polymerasen fremdeles katalysere den tilhørende reaksjonen, men den gjør det i de gale regionene.

Α-underenheten har en masse på 40 000 dalton og det er to. Av β- og β ′-underenhetene er det bare 1, og de har en masse på henholdsvis 155 000 og 160 000 dalton.

Disse tre strukturene er lokalisert i kjernen til enzymet, mens σ-underenheten er lenger borte, og kalles sigmafaktoren. Det komplette enzymet - eller holoenzym - har en totalvekt på nærmere 480 000 dalton.

Strukturen til RNA-polymerase er vidt varierende, og avhenger av den studerte gruppen. Imidlertid er det i alle organiske vesener et sammensatt enzym som består av flere enheter.

Egenskaper

Funksjonen til RNA-polymerase er polymerisasjonen av nukleotider i en RNA-kjede, bygget fra en DNA-mal.

All nødvendig informasjon for konstruksjon og utvikling av en organisme er skrevet i dens DNA. Informasjonen er imidlertid ikke direkte oversatt til proteiner. Mellomtrinnet til et messenger-RNA-molekyl er nødvendig.

Denne transformasjonen av språket fra DNA til RNA er mediert av RNA-polymerase og fenomenet kalles transkripsjon. Denne prosessen ligner på DNA-replikasjon.

I prokaryoter

Prokaryoter er encellede organismer, uten en definert kjerne. Av alle prokaryotene har den mest studerte organismen vært Escherichia coli. Denne bakterien er en normal innbygger i mikrobiota vår og har vært den ideelle modellen for genetikere.

RNA-polymerase ble først isolert fra denne organismen, og de fleste transkripsjonsstudier er blitt utført i E. coli. I en enkelt celle av denne bakterien kan vi finne opptil 7000 polymerasemolekyler.

I motsetning til eukaryoter som har tre typer RNA-polymeraser, i prokaryoter blir alle gener behandlet av en enkelt type polymerase.

I eukaryoter

Hva er et gen?

Eukaryoter er organismer som har en kjerne avgrenset av en membran og har forskjellige organeller. Eukaryote celler er preget av tre typer kjernefysiske RNA-polymeraser, og hver type er ansvarlig for transkripsjonen av spesielle gener.

Et "gen" er ikke et lett begrep å definere. Vanligvis er vi vant til å kalle hvilken som helst DNA-sekvens som endelig blir oversatt til et protein-gen. Selv om den forrige uttalelsen er sann, er det også gener hvis sluttprodukt er et RNA (og ikke et protein), eller de er gener som er involvert i reguleringen av uttrykk.

Det er tre typer polymeraser, betegnet som I, II og III. Vi vil beskrive funksjonene nedenfor:

RNA-polymerase II

Genene som koder for proteiner - og involverer et messenger-RNA - blir transkribert av RNA-polymerase II. På grunn av sin relevans i proteinsyntese, har den vært den polymerase som er mest studert av forskere.

Transkripsjonsfaktorer

Disse enzymene kan ikke styre transkripsjonsprosessen av seg selv, de trenger tilstedeværelse av proteiner som kalles transkripsjonsfaktorer. To typer transkripsjonsfaktorer kan skilles: generell og tillegg.

Den første gruppen inkluderer proteiner som er involvert i transkripsjonen av alle promotere av polymeraser II. Disse utgjør grunnleggende maskiner for transkripsjon.

I in vitro-systemer er fem generelle faktorer som er uunnværlige for initiering av transkripsjon med RNA-polymerase II blitt karakterisert. Disse promotørene har en konsensus-sekvens kalt "TATA-boksen".

Det første trinnet i transkripsjonen innebærer binding av en faktor kalt TFIID til TATA-boksen. Dette proteinet er et kompleks med flere underenheter - inkludert en spesifikk bindingsboks. Det består også av et dusin peptider kalt TAFs (TBP-assosierte faktorer).

En tredje faktor som er involvert er TFIIF. Etter rekruttering av polymerase II er faktorene TFIIE og TFIIH nødvendige for initiering av transkripsjon.

RNA-polymerase I og III

Ribosomale RNA er strukturelle elementer i ribosomer. I tillegg til ribosomalt RNA, består ribosomer av proteiner og er ansvarlige for å oversette et messenger-RNA-molekyl til protein.

Overførings-RNA deltar også i denne translasjonsprosessen, noe som fører til aminosyren som vil bli inkorporert i den dannende polypeptidkjeden.

Disse RNA-ene (ribosomal og transfer) blir transkribert av RNA-polymeraser I og III. RNA-polymerase I er spesifikk for transkripsjon av de største ribosomale RNA-ene, kjent som 28S, 28S og 5.8S. S refererer til sedimentasjonskoeffisienten, det vil si sedimenteringsgraden under sentrifugering.

RNA-polymerase III er ansvarlig for transkripsjonen av genene som koder for de minste ribosomale RNA-ene (5S).

I tillegg blir en serie små RNA (husk at det er flere typer RNA, ikke bare den mest kjente messenger, ribosomale og overførende RNA) som små kjernefysiske RNA, transkribert av RNA-polymerase III.

Transkripsjonsfaktorer

RNA-polymerase I, eksklusivt forbeholdt transkripsjon av ribosomale gener, krever flere transkripsjonsfaktorer for dens aktivitet. Gener som koder for ribosomalt RNA har en promoter lokalisert rundt 150 basepar "oppstrøms" fra transkripsjonsstartstedet.

Arrangøren blir gjenkjent av to transkripsjonsfaktorer: UBF og SL1. Disse kooperativt bindes til promotoren og rekrutterer polymerase I, og danner initieringskomplekset.

Disse faktorene består av flere proteinsubenheter. Tilsvarende ser det ut til at TBP er en delt transkripsjonsfaktor for alle tre polymeraser i eukaryoter.

For RNA-polymerase III er transkripsjonsfaktoren TFIIIA, TFIIIB og TFIIIC identifisert. Disse binder seg sekvensielt til transkripsjonskomplekset.

RNA-polymerase i organeller

En av kjennetegnene ved eukaryoter er de subcellulære rommene som kalles organeller. Mitokondrier og kloroplaster har en egen RNA-polymerase som minner om dette enzymet i bakterier. Disse polymeraseene er aktive, og de transkriberer DNA som finnes i disse organellene.

I følge den endosymbiotiske teorien kommer eukaryoter fra en symbiosehendelse, hvor en bakterie oppslukt av en mindre. Dette relevante evolusjonære faktum forklarer likheten mellom polymerasene i mitokondriene med polymerasen av bakterier.

I archaea

Som i bakterier, i archaea er det bare en type polymerase som er ansvarlig for transkripsjonen av alle genene i den encellede organismen.

Imidlertid er RNA-polymerase av archaea veldig lik strukturen til polymerase i eukaryoter. De presenterer en TATA-boks og transkripsjonsfaktorer, spesifikt TBP og TFIIB.

Generelt sett er transkripsjonsprosessen i eukaryoter ganske lik den som finnes i archaea.

Forskjeller med DNA-polymerase

DNA-replikasjon er orkestrert av et enzymkompleks kalt DNA-polymerase. Selv om dette enzymet ofte sammenlignes med RNA-polymerase - begge katalyserer polymerisasjonen av en nukleotidkjede i 5 ′ til 3 ′-retningen, skiller de seg på flere måter.

DNA-polymerase trenger et kort nukleotidfragment for å starte replikasjonen av molekylet, kalt en grunning eller primer. RNA-polymerase kan starte syntese de novo, og trenger ikke primeren for sin aktivitet.

DNA-polymerase er i stand til å binde seg til forskjellige steder langs et kromosom, mens polymerase bare binder seg til genpromotorer.

Når det gjelder korrekturlesingsmekanismene til enzymer, er DNA-polymerasens mye bedre kjent og i stand til å korrigere de gale nukleotider som har blitt polymerisert ved en feiltakelse.

referanser

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilnærming (Vol. 2). Washington, DC: ASM press.
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). Molekylærbiologi i cellen. 4. utgave. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetikk: En konseptuell tilnærming. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Genuttrykk. UMI Books on Demand.