Определение РНК-полимеразы
РНК-полимераза (РНКП), или полимераза рибонуклеиновой кислоты, представляет собой мультисубъединичный фермент, который катализирует процесс транскрипция где полимер РНК синтезируется из матрицы ДНК. Последовательность полимера РНК является комплементарной последовательности ДНК-матрицы и синтезируется в 5 ‘→ 3’ ориентации. Эта цепь РНК называется первичным транскриптом и должна быть обработана, прежде чем она сможет функционировать внутри клетка.
РНК-полимеразы взаимодействуют со многими белками, чтобы выполнить свою задачу. Эти белки помогают повысить специфичность связывания фермента, помогают разматывать двойную спиральную структуру ДНК, модулировать активность фермента в зависимости от требований клетки и изменять скорость транскрипции. Некоторые молекулы RNAP могут катализировать образование полимера длиной более четырех тысяч оснований каждую минуту. Тем не менее, они имеют динамический диапазон скоростей и могут время от времени останавливаться или даже останавливаться на определенных последовательностях, чтобы сохранить точность во время транскрипции.
Функции РНК-полимеразы
Традиционно центральный догмат молекулярной биологии рассматривал РНК как посланника молекула, который экспортирует информацию, закодированную в ДНК, из ядра, чтобы стимулировать синтез белков в цитоплазма : ДНК → РНК → Белок. Другими хорошо известными РНК являются переносимые РНК (тРНК ) а также рибосомная РНК (рРНК), которые также тесно связаны с механизмом синтеза белка. Однако за последние два десятилетия стало все более очевидным, что РНК выполняет ряд функций, из которых кодирование белка является только одной частью. Некоторые регулируют ген экспрессия, другие действуют как ферменты, некоторые даже имеют решающее значение в формировании гамет. Они называются некодирующими или нкРНК.
Поскольку РНКП участвует в производстве молекул, выполняющих столь широкий спектр ролей, одной из его основных функций является регулирование количества и вида транскриптов РНК, образующихся в ответ на требования клетки. Ряд различных белков, транскрипционных факторов и сигнальных молекул взаимодействует с ферментом, особенно с карбоксиконцевым концом одной субъединицы, для регуляции его активности. Считается, что эта регуляция имеет решающее значение для развития эукариотических растений и животных, где генетически идентичные клетки демонстрируют дифференциальную экспрессию генов и специализацию в многоклеточный организмы.
Кроме того, оптимальное функционирование этих молекул РНК зависит от точности транскрипции – последовательность в цепи ДНК-матрицы должна быть точно представлена в РНК. Даже единичное базовое изменение в некоторых регионах может привести к совершенно нефункциональному продукту. Следовательно, хотя фермент должен работать быстро и завершить реакцию полимеризации за короткий промежуток времени, ему необходимы надежные механизмы, обеспечивающие чрезвычайно низкую частоту ошибок. нуклеотид подложка скринируется в несколько этапов на комплементарность матричной цепи ДНК. Когда правильный нуклеотид присутствует, он создает среду, способствующую катализу и удлинению цепи РНК. Кроме того, этап корректуры позволяет исключить неправильные основания.
Наконец, РНК-полимеразы также участвуют в посттранскрипционной модификации РНК, чтобы сделать их функциональными, облегчая их экспорт из ядра в направлении их конечного сайта действия.
Типы РНК-полимеразы
Существует заметное сходство РНК-полимераз, обнаруженных у прокариот, эукариот, археи и даже некоторых вирусов. Это указывает на возможность того, что они произошли от общего предка. Прокариотический РНКП состоит из четырех субъединиц, включая сигма-фактор, который отделяется от ферментного комплекса после инициации транскрипции. В то время как прокариоты используют одну и ту же РНКП для катализа полимеризации как кодирующей, так и некодирующей РНК, эукариоты имеют пять различных РНК-полимераз.
Эукариотическая РНКП I является рабочей лошадкой, продуцирующей почти пятьдесят процентов РНК, транскрибируемой в клетке. Он исключительно полимеризует рибосомную РНК, которая образует большой компонент рибосом, молекулярные машины, которые синтезируют белки. РНК-полимераза II широко изучена, потому что она участвует в транскрипции мРНК прекурсоры. Он также катализирует образование малых ядерных РНК и микроРНК. RNAP III транскрибирует трансферную РНК, некоторую рибосомальную РНК и несколько других небольших РНК и является важной, поскольку многие из ее мишеней необходимы для нормального функционирования клетки. РНК-полимеразы IV и V обнаруживаются исключительно в растениях, и вместе они имеют решающее значение для образования малых интерферирующих РНК и гетерохроматина в ядре.
Процесс транскрипции
Транскрипция начинается со связывания фермента RNAP с определенной частью ДНК, также известной как область промотора. Это связывание требует присутствия нескольких других белков – сигма-фактора у прокариот и различных транскрипционных факторов у эукариот. Один набор белков, называемых общими факторами транскрипции, необходим для всей эукариотической транскрипционной активности и включает фактор инициации транскрипции II A, II B, II D, II E, II F и II H. Они дополняются специфическими сигнальными молекулами, которые модулируют экспрессию генов посредством участки некодирующей ДНК, расположенные выше по течению. Часто инициация прерывается несколько раз, прежде чем полимеризуется участок из десяти нуклеотидов. После этого полимераза выходит за пределы промотора и теряет большинство факторов инициации.
За этим следует раскручивание двухцепочечной ДНК, также известной как «таяние», чтобы сформировать своего рода пузырь, где происходит активная транскрипция. Этот «пузырь», кажется, движется вдоль цепи ДНК по мере удлинения полимера РНК. Как только транскрипция завершена, процесс завершается и обрабатывается цепь РНК. Прокариотические РНКП и эукариотические РНК-полимеразы I и II требуют дополнительных терминирующих транскрипцию белков. RNAP III прекращает транскрипцию, когда есть отрезок тимин основывается на не шаблонной цепи ДНК.
Сравнение ДНК и РНК-полимеразы
Хотя ДНК и РНК-полимеразы оба катализируют реакции полимеризации нуклеотидов, в их активности есть два основных различия. В отличие от ДНК-полимераз, ферментам РНКП не требуется праймер для начала реакции полимеризации. Они также способны начинать реакцию с середины цепи ДНК и считывать сигналы «STOP», которые приводят к диссоциации ферментного комплекса от матрицы. Наконец, хотя РНК-полимеразы немного медленнее, чем их аналоги, у них есть преимущество, заключающееся в том, что им нужно только сделать дополнительную копию одной цепи ДНК.
- 3 ′ -> 5 ′ ориентация – Направленность одной цепи нуклеиновая кислота которая происходит от нумерации атомов углерода на нуклеотидном сахарном кольце. Один конец нуклеиновой кислоты имеет свободный гидроксильная группа на третьем углероде, а другой конец имеет свободный фосфатная группа прикреплен к пятому карбону.
- Гетерохроматин – Сегменты хромосома которые транскрипционно молчат и кажутся более плотными, чем активно транскрибируемые регионы.
- миРНК – Малые интерферирующие РНК – это короткие двухцепочечные молекулы РНК, участвующие в регуляции генов посредством интерференции РНК
- Карбокси-конец – Один конец белка или полипептида, который содержит свободный карбоксильная группа присоединен к альфа-атому углерода аминокислоты. Другой конец полипептида называется N-концом или амино-концом.
викторина
1. Какая из этих РНК-полимераз катализирует образование мессенджерной РНК (мРНК)?A. RNAP IB. RNAP IIC. RNAP IIID. RNAP V
Ответ на вопрос № 1
В верно. РНКП I и III катализируют образование рРНК и других малых РНК. RNAP V участвует в образовании гетерохроматина.
2. Какая из этих РНК-полимераз находится только в растениях?A. RNAP I и IIB. RNAP I и IIIC. RNAP IV и VD. Ни один из вышеперечисленных
Ответ на вопрос № 2
С верно. Остальные встречаются у всех эукариот.
3. Что из этого присутствует во время инициации прокариотической транскрипции?A. Сигма-факторB. Фактор транскрипции II AC. Фактор транскрипции II BD. Фактор транскрипции II D
Ответ на вопрос № 3
верно. Все остальные присутствуют только у эукариот.