RNS POLIMERÁZ: SZERKEZET, FUNKCIÓK, PROKARIÓTÁK, EUKARIÓTÁK - BIOLÓGIA - 2025

Az RNS-polimeráz egy enzimkomplex, amely felelős egy RNS-molekula polimerizációjának közvetítéséért templátként használt DNS-szekvenciából. Ez a folyamat a génexpresszió első lépése, és transzkripciónak nevezzük. Az RNS-polimeráz a DNS-hez kötődik egy nagyon különleges régióban, az úgynevezett promoterként.

Ez az enzim - és általában a transzkripciós folyamat - összetettebb az eukariótákban, mint a prokariótákban. Az eukarióták több olyan RNS-polimerázzal rendelkeznek, amelyek bizonyos típusú génekre specializálódnak, szemben a prokariótákkal, ahol az összes gént egyetlen polimeráz-osztály írja át.

Az RNS polimeráz szerkezete működésben.

Forrás: I, Splette

A transzkripcióval kapcsolatos elemek fokozott bonyolultsága az eukarióta vonalban feltehetően egy kifinomultabb génszabályozó rendszerhez kapcsolódik, amely jellemző a többsejtű szervezetekre.

Archaea-ban a transzkripció hasonló az eukariótákban zajló folyamathoz, annak ellenére, hogy csak egy polimerázuk van.

A polimerázok nem hatnak egyedül. A transzkripciós folyamat megfelelő indulásához szükséges a fehérjekomplexek, úgynevezett transzkripciós faktorok jelenléte.

Szerkezet

A legjobban jellemzett RNS-polimeráz a baktériumok polimerázjai. Több polipeptidláncból áll. Az enzimnek több alegysége van, amelyeket α, β, β és σ kategóriába sorolnak. Kimutatták, hogy ez az utolsó alegység nem vesz részt közvetlenül a katalízisben, hanem részt vesz a DNS-hez való specifikus kötődésben.

Valójában, ha eltávolítjuk a σ alegységet, a polimeráz továbbra is katalizálhatja a kapcsolódó reakciót, de a rossz régiókban megteszi.

Az α alegység tömege 40 000 dalton, és kettő van. A β és β alegységek közül csak 1 van, tömegük 155 000 és 160 000 dalton.

Ez a három szerkezet az enzimmagjában helyezkedik el, míg a σ alegység távolabb van, sigma faktornak nevezzük. A teljes enzim - vagy holoenzim - teljes súlya megközelítőleg 480 000 dalton.

Az RNS-polimeráz szerkezete nagymértékben változó, és a vizsgált csoporttól függ. Minden szerves lényben azonban egy komplex enzim, amely több egységből áll.

Jellemzők

Az RNS-polimeráz funkciója egy DNS-templátból épített RNS-lánc nukleotidjainak polimerizációja.

A szervezet felépítéséhez és fejlődéséhez szükséges összes információt a DNS-ébe kell írni. Az információ azonban nem fordul el közvetlenül fehérjékké. A messenger RNS-molekulához szükséges köztes lépés szükséges.

A nyelvnek a DNS-ről RNS-vé történő transzformációját RNS-polimeráz közvetíti, és ezt a jelenséget transzkripciónak nevezzük. Ez a folyamat hasonló a DNS replikációhoz.

Prokariótákban

A prokarióták egysejtű szervezetek, meghatározott mag nélkül. Az összes prokarióta közül az Escherichia coli a leginkább vizsgált szervezet. Ez a baktérium a mikrobiota normális lakosa, és ideális modell volt a genetikusok számára.

Az RNS-polimerázt először izolálták ebből a szervezetből, és a legtöbb transzkripciós vizsgálatot E. coliban végezték. Ennek a baktériumnak egyetlen cellájában akár 7000 polimeráz molekulát találhatunk.

Ellentétben az eukariótákkal, amelyek háromféle RNS-polimerázzal rendelkeznek, a prokariótákban az összes gént egyetlen típusú polimeráz dolgozza fel.

Eukariótákban

Mi a gén?

Az eukarióták olyan szervezetek, amelyeknek atommaga egy membrán által határolt, és különböző organellákkal rendelkeznek. Az eukarióta sejteket háromféle nukleáris RNS polimeráz jellemzi, és mindegyik típus felelős bizonyos gének transzkripciójáért.

A "gént" nem könnyű meghatározni. Általában hozzászoktunk minden olyan DNS-szekvencia hívását, amely végül fehérje-génné alakul át. Noha az előző állítás igaz, vannak olyan gének, amelyek végterméke egy RNS (és nem egy fehérje), vagy gének, amelyek részt vesznek az expresszió szabályozásában.

Háromféle polimeráz létezik, amelyeket I, II és III jelöléssel látunk el. Az alábbiakban leírjuk annak funkcióit:

RNS-polimeráz II

Azokat a géneket, amelyek fehérjéket kódolnak - és messenger RNS-t tartalmaznak - az RNS polimeráz II írja át. A fehérje szintézisben betöltött jelentősége miatt ez a polimeráz volt a kutatók által leginkább vizsgált.

Átírási tényezők

Ezek az enzimek önmagukban nem irányíthatják a transzkripciós folyamatot, transzkripciós faktoroknak nevezett fehérjék jelenlétére van szükségük. A transzkripciós faktorok két típusát meg lehet különböztetni: általános és kiegészítő.

Az első csoportba azok a fehérjék tartoznak, amelyek részt vesznek a II. Polimeráz összes promóterének átírásában. Ezek képezik a transzkripció alapvető gépeit.

In vitro rendszerekben öt általános tényezőt jellemeztek, amelyek nélkülözhetetlenek a transzkripció RNS-polimeráz II-vel történő megindításához. Ezeknek a promótereknek a "TATA box" elnevezésű konszenzus szekvenciája van.

A transzkripció első lépése egy TFIID nevű tényezőnek a TATA mezőbe történő kötését foglalja magában. Ez a protein egy komplex, amely több alegységgel rendelkezik - beleértve egy specifikus kötődobozt. Ez egy tucat TAF-knek (TBP-asszociált faktor) nevezett peptidekből áll.

A harmadik érintett tényező a TFIIF. A II. Polimeráz toborzása után a TFIIE és TFIIH faktorok szükségesek a transzkripció megindításához.

RNS polimeráz I és III

A riboszómális RNS-k a riboszómák szerkezeti elemei. A riboszómális RNS mellett a riboszómák fehérjékből állnak és felelnek a hírvivő RNS molekula fehérjévé történő transzlációjáért.

A transzfer RNS-k szintén részt vesznek ebben a transzlációs folyamatban, aminek eredményeként az aminosav beépül a formáló polipeptid láncba.

Ezeket az RNS-eket (riboszómális és transzfer) az I és III RNS polimerázok írják át. Az RNS-polimeráz I a legnagyobb riboszómális RNS-ek, az úgynevezett 28S, 28S és 5.8S transzkripciójára specifikus. Az S az ülepedési együtthatóra utal, azaz az ülepedési sebességekre a centrifugálási folyamat során.

Az RNS polimeráz III felelős a legkisebb riboszomális RNS-eket (5S) kódoló gének átírásáért.

Ezenkívül egy sor kis RNS-t (ne feledje, hogy többféle RNS létezik, nemcsak a legismertebb messenger, riboszomális és transzfer RNS-ek), például a kis nukleáris RNS-eket írják át az RNS polimeráz III.

Átírási tényezők

Az RNS polimeráz I, amelyet kizárólag a riboszómális gének transzkripciójára tartanak fenn, aktivitásának számos transzkripciós faktorra van szüksége. A riboszómális RNS-t kódoló gének promóterének körülbelül 150 bázispárja van, "felfelé" a transzkripciós kezdőhelytől.

A promótert két transzkripciós faktor ismeri fel: UBF és SL1. Ezek kooperatív módon kötődnek a promoterhez és toboroznak a polimeráz I-t, alkotva a iniciációs komplexet.

Ezek a tényezők több protein alegységből állnak. Hasonlóképpen, úgy tűnik, hogy a TBP megosztott transzkripciós faktor mindhárom eukarióta polimerázban.

Az RNS-polimeráz III esetében a TFIIIA, TFIIIB és TFIIIC transzkripciós faktorokat azonosítottuk. Ezek egymás után kötődnek a transzkripciós komplexhez.

RNS-polimeráz az organellákban

Az eukarióták egyik megkülönböztető tulajdonsága az organelláknak nevezett szubcelluláris rekeszek. A mitokondriumok és a kloroplasztok külön RNS-polimerázzal rendelkeznek, amely emlékezteti ezt az enzimet a baktériumokban. Ezek a polimerázok aktívak és átírják az ezekben az organellákban található DNS-t.

Az endosimbiotikus elmélet szerint az eukarióták egy szimbiózis eseményéből származnak, amikor az egyik baktérium elnyelte egy kisebbet. Ez a releváns evolúciós tény magyarázza a mitokondriumok polimerázok és a baktériumok polimerázai közötti hasonlóságot.

Archaea-ban

Mint a baktériumokban, az archaéában is csak egy típusú polimeráz felelős az egysejtű organizmus összes génjének átírásáért.

Az archaea RNS-polimerázja azonban nagyon hasonló az eukarióta polimeráz szerkezetéhez. Bemutatják a TATA mezőt és a transzkripciós faktorokat, különösen a TBP-t és a TFIIB-t.

Általánosságban elmondható, hogy az eukarióta transzkripciós folyamata meglehetősen hasonló az archaea-ban leírtakhoz.

Különbségek a DNS-polimerázzal

A DNS replikációját egy DNS-polimeráznak nevezett enzimkomplex vezérli. Noha ezt az enzimet gyakran hasonlítják össze az RNS-polimerázzal - mindkettő nukleotidlánc polimerizációját katalizálja az 5 ′ - 3 ′ irányban -, több szempontból is különböznek egymástól.

A DNS-polimeráznak rövid nukleotidfragmenssel kell rendelkeznie a molekula replikációjának elindításához, úgynevezett primernek vagy primernek. Az RNS-polimeráz de novo megkezdi a szintézist, és aktivitásához nincs szüksége primerre.

A DNS-polimeráz képes a kromoszóma mentén különböző helyekhez kötődni, míg a polimeráz csak a génpromóterekhez kötődik.

Az enzimek leolvasási mechanizmusait illetően a DNS-polimeráz mechanizmusai sokkal jobban ismertek, mivel képesek kijavítani a tévesen polimerizált rossz nukleotidokat.

Irodalom

1. Cooper, GM, Hausman, RE, és Hausman, RE (2000). A cella: molekuláris megközelítés (2. kötet). Washington, DC: ASM sajtó.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). A sejt molekuláris biológiája. 4. kiadás. New York: Garland Science
4. Pierce, BA (2009). Genetika: Fogalmi megközelítés. Panamerican Medical Ed.
5. Lewin, B. (1975). Gén expresszió. UMI Books on Demand.