RNA-polymerasestructuur, functies, in prokaryoten, in eukaryoten en in archaea

de RNA polymerase is een enzymatisch complex dat verantwoordelijk is voor het mediëren van de polymerisatie van een RNA-molecuul, uitgaande van een DNA-sequentie die wordt gebruikt als een matrijs. Dit proces is de eerste stap van genexpressie en wordt transcriptie genoemd. RNA-polymerase bindt zich aan DNA in een zeer specifiek gebied, bekend als een promotor.

Dit enzym - en het proces van transcriptie in het algemeen - is complexer in eukaryoten dan in prokaryoten. Eukaryoten bezitten meerdere RNA-polymerasen die zijn gespecialiseerd in bepaalde typen genen, in tegenstelling tot prokaryoten waarbij alle genen worden getranscribeerd door een enkele klasse polymerase.

De toename in complexiteit binnen de lijn van eukaryoten in de elementen gerelateerd aan transcriptie is waarschijnlijk gerelateerd aan een meer geavanceerd systeem van genregulatie, typisch voor meercellige organismen.

In archaea lijkt transcriptie op het proces dat voorkomt in eukaryoten, hoewel ze maar één polymerase hebben.

Polymerasen werken niet alleen. Om het transcriptieproces correct te laten starten, is de aanwezigheid van eiwitcomplexen die transcriptiefactoren worden genoemd, noodzakelijk.

index

• 1 structuur
• 2 functies
• 3 In prokaryoten
• 4 In eukaryoten
  • 4.1 Wat is een gen?
  • 4.2 RNA-polymerase II
  • 4.3 RNA-polymerase I en III
  • 4.4 RNA-polymerase in organellen
• 5 In archaea
• 6 Verschillen met DNA-polymerase
• 7 Referenties

structuur

De best gekarakteriseerde RNA-polymerasen zijn de polymerasen van de bacteriën. Dit bestaat uit meerdere polypeptideketens. Het enzym heeft verschillende subeenheden, gecatalogeerd als α, β, β 'en σ. Het is aangetoond dat deze laatste subeenheid niet rechtstreeks deelneemt aan de katalyse, maar betrokken is bij de specifieke binding aan DNA.

Als we de subeenheid σ zelfs verwijderen, kan het polymerase de bijbehorende reactie nog steeds katalyseren, maar dit gebeurt in de verkeerde regio's..

De a-subeenheid heeft een massa van 40.000 Dalton en er zijn er twee. Van de subeenheden β en β 'is er slechts 1 en ze hebben respectievelijk een massa van 155.000 en 160.000 dalton.

Deze drie structuren bevinden zich in de kern van het enzym, terwijl de σ-subeenheid verder weg is en de sigmafactor wordt genoemd. Het complete enzym - of holo-enzym - heeft een totaalgewicht van bijna 480.000 Dalton.

De structuur van RNA-polymerase is sterk variabel en hangt af van de onderzochte groep. In alle organische wezens is echter een complex enzym, bestaande uit verschillende eenheden.

functies

De functie van RNA-polymerase is de polymerisatie van de nucleotiden van een RNA-keten, geconstrueerd uit een DNA-matrijs.

Alle informatie die nodig is voor de constructie en ontwikkeling van een organisme is geschreven in zijn DNA. De informatie vertaalt zich echter niet rechtstreeks naar eiwitten. De tussenstap naar een boodschapper-RNA-molecuul is noodzakelijk.

Deze transformatie van de taal van DNA naar RNA wordt gemedieerd door RNA-polymerase en het fenomeen wordt transcriptie genoemd. Dit proces is vergelijkbaar met DNA-replicatie.

In prokaryoten

Prokaryoten zijn eencellige organismen, zonder een gedefinieerde kern. Van alle prokaryoten is het meest bestudeerde organisme geweest Escherichia coli. Deze bacterie is een normale inwoner van onze microbiota en is het ideale model voor genetici geweest.

RNA-polymerase werd voor het eerst geïsoleerd in dit organisme en de meeste transcriptiestudies zijn uitgevoerd in E. coli. In een enkele cel van deze bacterie kunnen we tot 7000 moleculen polymerasen vinden.

In tegenstelling tot eukaryoten die drie soorten RNA-polymerasen hebben, worden in prokaryoten alle genen verwerkt door een enkel type polymerase.

In eukaryoten

Wat is een gen?

Eukaryoten zijn organismen met een kern afgebakend door een membraan en hebben verschillende organellen. Eukaryotische cellen worden gekenmerkt door drie typen nucleaire RNA-polymerasen en elk type is verantwoordelijk voor de transcriptie van bepaalde genen.

Een "gen" is geen gemakkelijke term om te definiëren. Meestal zijn we gewend elk DNA-sequentie "gen" te noemen dat zich uiteindelijk vertaalt in een eiwit. Hoewel de vorige verklaring waar is, zijn er ook genen waarvan het eindproduct een RNA is (en geen eiwit), of het zijn genen die betrokken zijn bij de regulatie van expressie..

Er zijn drie soorten polymerasen, genoemd als I, II en III. We zullen de onderstaande functies beschrijven:

RNA polymerase II

De genen die coderen voor eiwitten - en waarbij een boodschapper-RNA is betrokken - worden getranscribeerd door RNA-polymerase II. Vanwege zijn relevantie in eiwitsynthese, is dit het meest bestudeerde polymerase van onderzoekers.

Transcriptiefactoren

Deze enzymen kunnen het transcriptieproces niet zelf sturen, ze hebben de aanwezigheid nodig van eiwitten die transcriptiefactoren worden genoemd. We kunnen twee soorten transcriptiefactoren onderscheiden: algemeen en aanvullend.

De eerste groep omvat de eiwitten die betrokken zijn bij de transcriptie van alle de promoters van polymerasen II. Deze vormen de basismachine voor transcriptie.

In de systemen in vitro, Vijf algemene factoren die onmisbaar zijn voor de initiatie van transcriptie door RNA-polymerase II zijn gekarakteriseerd. Deze promoters hebben een consensussequentie genaamd "TATA-box".

De eerste stap van transcriptie omvat de binding van een factor genaamd TFIID aan de TATA-box. Dit eiwit is een complex met meerdere subeenheden - waaronder een specifieke naar de doos. Het bestaat ook uit een tiental peptiden genaamd TAF's (uit het Engels TBP-geassocieerde factoren).

Een derde factor die hierbij betrokken is, is TFIIF. Nadat polymerase II is gerekruteerd, zijn TFIIE- en TFIIH-factoren noodzakelijk voor het begin van transcriptie.

RNA polymerase I en III

Ribosomale RNA's zijn structurele elementen van ribosomen. Naast ribosomaal RNA zijn ribosomen opgebouwd uit eiwitten en zijn ze verantwoordelijk voor het vertalen van een molecuul boodschapper-RNA naar eiwit.

Overdracht-RNA's nemen ook deel aan dit translatieproces, leidend tot het aminozuur dat in formatie in de polypeptideketen zal worden geïncorporeerd.

Deze RNA's (ribosomaal en transfer) worden getranscribeerd door RNA-polymerasen I en III. RNA-polymerase I is specifiek voor de transcriptie van de grotere ribosomale RNA's, bekend als 28S, 28S en 5.8S. De S verwijst naar de sedimentatiecoëfficiënt, dat wil zeggen, de sedimentatiesnelheden tijdens het centrifugatieproces.

RNA polymerase III is verantwoordelijk voor de transcriptie van de genen die coderen voor de kleinere ribosomale RNA's (5S).

Bovendien, een reeks van kleine RNA's (onthoud dat er meerdere soorten RNA zijn, niet alleen de meest bekende boodschapper, ribosomaal en transfer-RNA) als het kleine nucleaire RNA, worden getranscribeerd door RNA polymerase III.

Transcriptiefactoren

RNA polymerase I, exclusief gereserveerd voor de transcriptie van ribosomale genen, vereist verschillende transcriptiefactoren voor zijn activiteit. De genen die coderen voor ribosomaal RNA hebben een gelokaliseerde promotor ongeveer 150 baseparen "stroomopwaarts" van de transcriptiestartplaats.

De promotor wordt herkend door twee transcriptiefactoren: UBF en SL1. Deze voegen zich coöperatief samen tot de promotor en rekruteren polymerase I, waarbij het initiatiecomplex wordt gevormd.

Deze factoren worden gevormd door meerdere eiwit-subeenheden. Evenzo lijkt TBP een gedeelde transcriptiefactor te zijn voor de drie polymerasen in eukaryoten.

Voor RNA-polymerase III zijn de transcriptiefactor TFIIIA, TFIIIB en TFIIIC geïdentificeerd. Deze zijn sequentieel gekoppeld aan het transcriptiecomplex.

RNA-polymerase in organellen

Subcellulaire compartimenten, organellen genoemd, zijn een van de onderscheidende kenmerken van eukaryoten. Mitochondria en chloroplasten hebben een afzonderlijk RNA-polymerase dat lijkt op dit enzym in bacteriën. Deze polymerasen zijn actief en transcriberen het DNA dat in deze organellen wordt gevonden.

Volgens de endosymbiotische theorie komen eukaryoten voort uit een gebeurtenis van symbiose, waarbij één bacterie een kleinere heeft ingeslikt. Dit relevante evolutionaire feit verklaart de gelijkenis tussen de polymerasen van mitochondriën met de polymerase van bacteriën.

In archaea

Net als bij bacteriën is er in archaea slechts één type polymerase verantwoordelijk voor de transcriptie van alle genen van het eencellige organisme.

RNA-polymerase in archaea lijkt echter sterk op de structuur van polymerase in eukaryoten. Ze presenteren een TATA-box en transcriptiefactoren, met name de TBP en TFIIB.

Over het algemeen lijkt het proces van transcriptie in eukaryoten behoorlijk op dat van archaea..

Verschillen met DNA-polymerase

DNA-replicatie wordt georkestreerd door een enzymatisch complex genaamd DNA-polymerase. Hoewel dit enzym meestal wordt vergeleken met RNA-polymerase - beide katalyseren de polymerisatie van een nucleotide-keten in de richting 5 'naar 3' - er zijn verschillen in verschillende aspecten.

Het DNA-polymerase heeft een kort fragment van nucleotiden nodig om de replicatie van het molecuul, primer of primer genaamd, te initiëren. RNA-polymerase kan de synthese starten de novo, en heeft de eerste niet nodig voor zijn activiteit.

DNA-polymerase kan binden aan verschillende plaatsen langs een chromosoom, terwijl polymerase alleen bindt aan promoters van genen.

Wat betreft de mechanismen van correctie van de enzymen, die van het DNA-polymerase zijn veel beter bekend, in staat om de verkeerde nucleotiden die per ongeluk zijn gepolymeriseerd te corrigeren.

referenties

1. Cooper, G.M., Hausman, R.E., & Hausman, R.E. (2000). De cel: een moleculaire benadering (Deel 2). Washington, DC: ASM press.
2. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J.E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., ... & Matsudaira, P. (2008). Moleculaire celbiologie. Macmillan.
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Moleculaire biologie van de cel. 4e editie. New York: Garland Science
4. Pierce, B.A. (2009). Genetica: een conceptuele benadering. Ed. Panamericana Medical.
5. Lewin, B. (1975). Genexpressie. UMI Books on Demand.