RNA polimeraza - opis, funkcija in delovanje

V vsaki celici se način izvajanja genetskih informacij začne s transkripcijo, to je s sintezo molekule RNA, ki temelji na DNA matriki. RNA polimeraza je glavni aktivni encim v tem procesu. Ona je tista, ki gradi verigo ribonukleotidov, ki je potrebna za sintezo beljakovin.

Za vse predstavnike celične oblike življenja je značilna samo ena vrsta RNA-polimeraze - odvisna od DNA. Vendar pa obstaja encim, ki je sposoben sintetizirati ribonukleinsko kislino na podlagi vzorca RNA. Ta vrsta encima (RNA-odvisna RNA polimeraza) najdemo le pri virusih.

Osnove encimov

Vsaka RNA polimeraza je protein, ki se lahko veže na molekulo nukleinske kisline in, ki se giblje vzdolž njega, katalizira tvorbo fosfodiestrske vezi med ribonukleotidi. Ta proces zahteva energijo.

Material za sintezo RNA so ribonukleozidni trifosfati (adenin, gvanin, citozin in uracil), ki so izbrani komplementarni matrični sekvenci. Da bi začeli sintetizirati RNA, mora biti polimeraza povezana s specifičnim zaporedjem v genomu, ki se imenuje promotor. To mesto je mesto iztovarjanja encima.

Vsak prepis vključuje promotor, ki je pred kodirno sekvenco. Na stopnji vezave RNA polimeraze na promotor je regulirana ekspresija določenih genov. Odvisno od tega, kako dobro je encim povezan z njim, je odvisno, ali bo transkripcija potekala.

Vloga RNA polimeraze v transkripciji

Glavni namen tega encima je sintetizirati polinukleotidno zaporedje na podlagi matrične verige. Da bi to dosegli, ima RNA polimeraza številne funkcije, vključno:

• priznanje predlagatelja;
• izbor nukleotidov v verigi po komplementarnem načelu;
• zapiranje fosfodiestrskih vezi med nukleotidi;
• raztrganje dela DNK in rezanje dvojne vijačnice;
• odpravljanje napak v sintetiziranem vezju.

Zadnji dve funkciji sta značilni le za kompleksne polimeraze na osnovi DNA.

RNA polimerazne vrste

Encimi, ki sintetizirajo RNA, se razlikujejo ne le po vrsti matrice, na kateri delajo (DNA ali RNA), temveč tudi po kompleksnosti strukture. Na podlagi tega merila se ločita 2 skupini RNA polimeraz:

• Sestavljena je iz ene podenote - značilne za nekatere fage, pa tudi za mitohondrije in kloroplaste evkariontov. V slednjem primeru so enojna podenota le tiste polimeraze, ki jih kodira majhna jedrna DNK, in ne same organele.
• Vključno z več podenotami.

Enostavne polimeraze ne zahtevajo sodelovanja regulatornih elementov in dela na majhnih genomih. Funkcionalnost kompleksnih polimeraz je veliko širša. Vsaka podenota v sestavi encima opravlja svojo nalogo.

Vse RNA polimeraze imajo skupno načelo delovanja, vendar se razlikujejo v strukturi in pogojih delovanja, ki niso enake pri različnih taksonih živih organizmov. Na podlagi tega izoliramo encime, ki sintetizirajo RNA:

• prokarionte (bakterije in arheje);
• evkarionte;
• virusi.

Eukariotske RNA polimeraze so ločeno razvrščene. Ti organizmi imajo več vrst encimov, namenjenih sintezi različnih vrst RNA.

Prokariotov RNA polimeraze

V bakterijah za vse tipe RNA sintetizira ena vrsta polimeraze. Slednji je multi-podenotni kompleks, v katerem sta dve komponenti:

• jedro-encim ali glavni encim sintetizira RNA verigo, sestoji iz 5 protomerjev (β, β ^` , ω in 2 α podenot);
• pomožna podenota, σ, prepozna promotor in pomaga polimerazi, da pride v stik z njo, potem pa se takoj loči.

Kompleks jedra in σ faktor se imenuje holoenzim.

RNA, ki sintetizira encime evkariontske celice

Eukariotske RNA polimeraze so veliko bolj kompleksne in vključujejo več podenot. Vendar pa delo teh encimov zahteva veliko količino beljakovinskih faktorjev. Slednje pomagajo polimerazam prepoznati in se vežejo na promotor (bakterijska polimeraza zadostuje za sigmo podenoto) in sodelujejo pri procesih raztezka in prekinitve.

Obstajajo tri vrste evkariotskih RNA polimeraz: Pol l, Pol ll in Pol lll. Vsi so kompleksni heteromultimerni kompleksi z molekulsko maso 0,5-0,7 Da. Hitrost evkariontskih polimeraz je 20 nukleotidov na sekundo.

Od vseh vrst encimov bo samo RNA polimeraza II sintetizirala molekule, ki služijo kot prototip za gradnjo vseh beljakovin - prenosne RNA.

Encimski mehanizem delovanja

RNA polimeraza je ključni encim v vseh fazah transkripcije (iniciacija, raztezek in prekinitev). V prvi fazi se polimeraza veže na promotor.

Sinteza verige RNA poteka na stopnji raztezka, med katero se polimeraza nenadoma premika vzdolž matrične verige, selektivno katalizira dodajanje novih ribonukleotidov (samo verige dušikovih baz, ki so komplementarne parov DNA / RNA so vključene v verigo, tvorijo vodikove vezi). Veriga se razteza od 5 do 3 koncev.

Encim ima kanal, skozi katerega vstopajo ribonukleotidni fosfati, aktivni center in izhodni kanal RNA. Zapiranje fosfodiestrske vezi poteka s hidrolizo visokoenergijskih spojin. Ta postopek se izvaja v aktivnem središču encima. Gibanje RNA polimeraze ima spazmodični značaj.

Mehanizem transkripcije v določenih fazah je podoben procesu podvajanja genskega materiala (replikacija). Ukrepi DNA polimeraze in RNA polimeraze so zelo podobni, saj katalizirajo isto kemijsko reakcijo. Vendar pa pri delu teh encimov obstajajo številne pomembne razlike. Med njimi so:

• RNA polimeraza ne potrebuje primera v obliki primerja;
• snov za sintezo RNA ni dezoksiribonukleotid, ampak ribonukleotid;
• v procesu premikanja encima vzdolž matrične verige se hibrid loči med matriko in sintetiziranim produktom, medtem ko se med replikacijo ohrani.

Sinteza RNA poteka antiparalelno z zaporedjem vzorcev. DNK polimeraze, ki delujejo na poti, pospešijo dvojno spiralo pred seboj in ločijo verige. Za encimom se sintetizirana RNA takoj premakne in vzpostavi se struktura DNA.