RNS POLIMERĀZE: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, PROKARIOTI, EIKARIOTI - BIOLOĢIJA - 2025

RNS polimerāze ir ferments, komplekss, kas ir atbildīgs par starpnieka polimerizācijas RNS molekulas, no DNS sekvenci, ko izmanto kā par veidni. Šis process ir pirmais solis gēnu ekspresijā, un to sauc par transkripciju. RNS polimerāze saistās ar DNS ļoti noteiktā reģionā, kas pazīstams kā veicinātājs.

Šis ferments - un transkripcijas process kopumā - ir sarežģītāks eikariotos nekā prokariotos. Eikariotiem ir vairākas RNS polimerāzes, kas specializējas noteikta veida gēnos, atšķirībā no prokariotiem, kur visus gēnus transkribē viena polimerāzes klase.

RNS polimerāzes struktūra darbībā.
Avots: Es, Splette

Paaugstinātā eukariotu cilmes sarežģītība elementos, kas saistīti ar transkripciju, domājams, ir saistīta ar sarežģītāku gēnu regulēšanas sistēmu, kas raksturīga daudzšūnu organismiem.

Arhajā transkripcija ir līdzīga procesam, kas notiek eikariotos, neskatoties uz to, ka tiem ir tikai viena polimerāze.

Polimerāzes nedarbojas atsevišķi. Lai transkripcijas process sāktu pareizi, ir nepieciešami olbaltumvielu kompleksi, ko sauc par transkripcijas faktoriem.

Uzbūve

Vislabāk raksturotās RNS polimerāzes ir baktēriju polimerāzes. Tas sastāv no vairākām polipeptīdu ķēdēm. Fermentam ir vairākas apakšvienības, kas katalogizētas kā α, β, β ′ un σ. Ir pierādīts, ka šī pēdējā apakšvienība tieši nepiedalās katalīzē, bet ir iesaistīta specifiskā saistīšanā ar DNS.

Faktiski, ja mēs noņemam σ apakšvienību, polimerāze joprojām var katalizēt ar to saistīto reakciju, bet tā rīkojas nepareizos reģionos.

Α apakšvienības masa ir 40 000 daltonu, un ir divi. No β un ′ apakšvienībām ir tikai 1, un to masa ir attiecīgi 155 000 un 160 000 daltonu.

Šīs trīs struktūras atrodas fermenta kodolā, bet σ apakšvienība atrodas tālāk, un to sauc par sigmas koeficientu. Pilnīga enzīma - vai holoenzīma - kopējais svars ir tuvu 480 000 daltonu.

RNS polimerāzes struktūra ir ļoti mainīga, un tā ir atkarīga no pētītās grupas. Tomēr visās organiskajās būtnēs tas ir sarežģīts ferments, kas sastāv no vairākām vienībām.

Iespējas

RNS polimerāzes funkcija ir RNS ķēdes nukleotīdu polimerizācija, kas veidota no DNS šablona.

Visa informācija, kas nepieciešama organisma veidošanai un attīstībai, ir ierakstīta tā DNS. Tomēr informācija netiek tieši tulkota olbaltumvielās. Ir nepieciešams starpposms līdz RNS molekulai.

Šo valodas pārveidi no DNS uz RNS veic RNS polimerāze, un šo fenomenu sauc par transkripciju. Šis process ir līdzīgs DNS replikācijai.

Prokariotos

Prokarioti ir vienšūnu organismi bez noteikta kodola. No visiem prokariotiem visvairāk izpētītais organisms ir bijis Escherichia coli. Šī baktērija ir parasts mūsu mikrobiotas iedzīvotājs un ir bijis ideāls ģenētiķu paraugs.

RNS polimerāze vispirms tika izolēta no šī organisma, un vairums transkripcijas pētījumu tika veikti ar E. coli. Šīs baktērijas vienā šūnā mēs varam atrast līdz 7000 polimerāzes molekulu.

Atšķirībā no eikariotiem, kuriem ir trīs RNS polimerāžu veidi, prokariotos visi gēni tiek apstrādāti ar viena veida polimerāzi.

Eikariotos

Kas ir gēns?

Eikarioti ir organismi, kuru kodolu ierobežo membrāna un kuriem ir dažādas organellas. Eikariotu šūnas raksturo trīs veidu RNA kodolu polimerāzes, un katrs tips ir atbildīgs par noteiktu gēnu transkripciju.

"Gēns" nav viegli definējams termins. Parasti mēs esam pieraduši izsaukt jebkuru DNS sekvenci, kas beidzot tiek pārveidota par olbaltumvielu “gēnu”. Lai arī iepriekšējais apgalvojums ir patiess, ir arī gēni, kuru galaprodukts ir RNS (un nevis olbaltumviela), vai arī tie ir gēni, kas iesaistīti ekspresijas regulēšanā.

Ir trīs veidu polimerāzes, kuras apzīmē ar I, II un III. Mēs aprakstīsim tā funkcijas zemāk:

RNS polimerāze II

Gēnus, kas kodē olbaltumvielas un kas satur MNS Messenger, pārraksta RNS polimerāze II. Sakarā ar tā nozīmi olbaltumvielu sintēzē tā ir bijusi polimerāze, ko pētnieki ir visvairāk pētījuši.

Transkripcijas faktori

Šie fermenti paši nevar novirzīt transkripcijas procesu, tiem nepieciešama olbaltumvielu klātbūtne, ko sauc par transkripcijas faktoriem. Var izšķirt divus transkripcijas faktoru veidus: vispārējos un papildu.

Pirmajā grupā ietilpst olbaltumvielas, kas ir iesaistītas visu II polimerāzes veicinātāju transkripcijā. Tie veido transkripcijas pamatmehānismu.

In vitro sistēmās ir raksturoti pieci vispārīgi faktori, kas ir nepieciešami transkripcijas sākšanai ar RNS polimerāzes II palīdzību. Šiem veicinātājiem ir vienprātības secība, ko sauc par "TATA lodziņu".

Pirmais transkripcijas solis ir faktora, ko sauc par TFIID, saistīšana TATA lodziņā. Šis proteīns ir komplekss ar vairākām apakšvienībām - ieskaitot īpašu saistīšanas kārbu. To veido arī duci peptīdu, ko sauc par TAF (ar TBP saistītie faktori).

Trešais iesaistītais faktors ir TFIIF. Pēc polimerāzes II pieņemšanas darbā faktori TFIIE un TFIIH ir nepieciešami transkripcijas sākšanai.

RNS polimerāze I un III

Ribosomu RNS ir ribosomu strukturālie elementi. Papildus ribosomālai RNS ribosomas veido olbaltumvielas un ir atbildīgas par kurjeru RNS molekulas pārveidošanu olbaltumvielās.

Pārnešanas RNS piedalās arī šajā translācijas procesā, novedot pie aminoskābes, kas tiks iekļauta veidojošā polipeptīda ķēdē.

Šīs RNS (ribosomālas un pārneses) tiek transkribētas ar RNS I un III polimerāzes palīdzību. RNS polimerāze I ir specifiska lielāko ribosomālo RNS transkripcijai, kas pazīstama kā 28S, 28S un 5.8S. S apzīmē sedimentācijas koeficientu, tas ir, sedimentācijas ātrumu centrifugēšanas procesā.

RNS polimerāze III ir atbildīga par to gēnu transkripciju, kas kodē mazākās ribosomālas RNS (5S).

Turklāt RNS polimerāze III transkribē virkni mazu RNS (atcerieties, ka ir vairāki RNS veidi, ne tikai pazīstamākie Messenger, ribosomu un pārneses RNS), piemēram, mazās RNA.

Transkripcijas faktori

RNS polimerāzei I, kas paredzēta tikai ribosomu gēnu transkripcijai, tās darbībai nepieciešami vairāki transkripcijas faktori. Gēniem, kas kodē ribosomālu RNS, ir promotors, kas atrodas apmēram 150 bāzes pāru "augšpus" no transkripcijas sākuma vietas.

Promootoru atpazīst divi transkripcijas faktori: UBF un SL1. Tie sadarbībā saistās ar promotoru un vervē polimerāzi I, veidojot iniciācijas kompleksu.

Šos faktorus veido vairākas olbaltumvielu apakšvienības. Līdzīgi šķiet, ka TBP ir kopīgs transkripcijas faktors visām trim eikariotu polimerāzēm.

RNS polimerāzei III ir identificēti transkripcijas faktori TFIIIA, TFIIIB un TFIIIC. Tie secīgi saistās ar transkripcijas kompleksu.

RNS polimerāze organellās

Viena no eikariotu atšķirīgajām īpašībām ir subcelulārie nodalījumi, ko sauc par organellām. Mitohondrijiem un hloroplastiem ir atsevišķa RNS polimerāze, kas baktērijās atgādina šo fermentu. Šīs polimerāzes ir aktīvas, un tās transkribē DNS, kas atrodams šajos organellos.

Saskaņā ar endosimbiotisko teoriju eikarioti nāk no simbiozes gadījuma, kad viena baktērija apņēma mazāku. Šis būtiskais evolūcijas fakts izskaidro mitohondriju polimerāžu līdzību ar baktēriju polimerāzi.

Archaea

Tāpat kā baktērijās, arhajā ir tikai viena veida polimerāze, kas atbild par visu vienšūnu organisma gēnu transkripciju.

Tomēr archaea RNS polimerāze ir ļoti līdzīga polimerāzes struktūrai eikariotos. Tie parāda TATA lodziņu un īpaši transkripcijas faktorus, TBP un ​​TFIIB.

Kopumā transkripcijas process eikariotos ir diezgan līdzīgs tam, kas atrodams arhaea.

Atšķirības ar DNS polimerāzi

DNS replikāciju organizē fermentu komplekss, ko sauc par DNS polimerāzi. Kaut arī šo fermentu bieži salīdzina ar RNS polimerāzi - abi katalizē nukleotīdu ķēdes polimerizāciju 5 ′ līdz 3 ′ virzienā -, tie atšķiras vairākos aspektos.

DNS polimerāzei nepieciešams īss nukleotīda fragments, lai sāktu molekulas, ko sauc par grunti vai grunti, replikāciju. RNS polimerāze var sākt sintēzi de novo, un tās darbībai nav nepieciešams gruntējums.

DNS polimerāze spēj saistīties dažādās vietās gar hromosomu, turpretī polimerāze saistās tikai ar gēnu promotoriem.

Fermentu korektūras mehānismi ir daudz labāk zināmi par DNS polimerāzes mehānismiem, kas spēj labot nepareizos polimerizētos nepareizos nukleotīdus.

Atsauces

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Šūna: molekulārā pieeja (2. sēj.). Vašingtona, DC: ASM prese.
2. Lodish, H., Berks, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
3. Alberts B, Džonsons A, Lūiss J, et al. (2002). Šūnas molekulārā bioloģija. 4. izdevums. Ņujorka: Garland Science
4. Pīrss, BA (2009). Ģenētika: konceptuāla pieeja. Panamerican Medical Ed.
5. Lewins, B. (1975). Gēnu ekspresija. UMI grāmatas pēc pieprasījuma.