RNA polymeráza - popis, funkce a působení

V jakékoliv buňce začíná způsob provádění genetické informace transkripcí, tj. Syntézou molekuly RNA založené na matrici DNA. RNA polymeráza je v tomto procesu hlavním aktivním enzymem. Je to ona, která buduje řetězec ribonukleotidů, který je nezbytný pro syntézu proteinů.

Pro všechny představitele buněčné formy života je charakteristický pouze jeden typ RNA polymerázy - závislá na DNA. Existuje však enzym schopný syntetizovat ribonukleovou kyselinu založenou na templátu RNA. Tento typ enzymu (RNA-dependentní RNA polymeráza) se nachází pouze ve virech.

Základní enzymy

Jakákoli RNA polymeráza je protein schopný vázat se na molekulu nukleové kyseliny a pohybovat se podél ní katalyzovat tvorbu fosfodiesterové vazby mezi ribonukleotidy. Tento proces vyžaduje energii.

Materiálem pro syntézu RNA jsou ribonukleosid trifosfáty (adenin, guanin, cytosin a uracil), které jsou vybrány jako komplementární k matricové sekvenci. Aby se začala syntetizovat RNA, musí být polymeráza spojena se specifickou sekvencí genomu, která se nazývá promotor. Toto místo je místem pro vyloučení enzymu.

Jakýkoliv transkript obsahuje promotor, který předchází kódující sekvenci. Ve stádiu připojení RNA polymerázy k promotoru je regulována exprese určitých genů. Záleží na tom, jak dobře s ním enzym interaguje, ať už bude pokračovat v transkripci.

Úloha RNA polymerázy v transkripci

Hlavním účelem tohoto enzymu je syntetizovat polynukleotidovou sekvenci založenou na matricovém řetězci. K dosažení tohoto cíle má RNA polymeráza řadu funkcí, včetně:

• uznání promotoru;
• výběr nukleotidů v řetězci podle komplementárního principu;
• uzavření fosfodiesterových vazeb mezi nukleotidy;
• rozpínání části DNA a řezání dvojité šroubovice;
• eliminace chyb v syntetizovaném obvodu.

Poslední dvě funkce jsou charakteristické pouze pro komplexní DNA-založené polymerázy.

RNA polymerázy

RNA-syntetizující enzymy se liší nejen typem matrice, na které pracují (DNA nebo RNA), ale také složitostí struktury. Na základě tohoto kritéria se rozlišují 2 skupiny RNA polymeráz:

• Skládá se z jedné podjednotky - charakteristické pro některé fágy, stejně jako pro mitochondrie a chloroplasty eukaryot. V druhém případě jsou jedinou podjednotkou pouze ty polymerázy, které jsou kódovány malou jadernou DNA, a nikoliv samotnými organelymi.
• Včetně několika podjednotek.

Jednoduché polymerázy nevyžadují účast regulačních prvků a práce na malých genomech. Funkčnost komplexních polymeráz je mnohem širší. Každá podjednotka ve složení enzymu plní svůj úkol.

Všechny RNA polymerázy mají společný princip působení, ale liší se ve struktuře a podmínkách fungování, které nejsou stejné u různých taxonů živých organismů. Na základě toho jsou izolovány enzymy syntetizující RNA:

• prokaryotes (bakterie a archea);
• eukaryotů;
• viry.

Eukaryotické RNA polymerázy jsou samostatně klasifikovány. Tyto organismy mají několik typů enzymů určených pro syntézu různých typů RNA.

RNA polymerázové prokaryoty

V bakteriích jsou všechny typy RNA syntetizovány jedním typem polymerázy. Posledně jmenovaný je komplex s více podjednotkami, ve kterém jsou 2 komponenty:

• jádro-enzym nebo hlavní enzym syntetizuje řetězec RNA, sestává z 5 protomerů (β, β ^' , ω a 2α podjednotek);
• pomocná podjednotka σ rozpozná promotor a pomáhá polymerázě se s ním spojit, po které je okamžitě oddělena.

Komplex jádra a faktoru σ se nazývá holoenzym.

RNA syntetizující enzymy eukaryotické buňky

Eukaryotické RNA polymerázy jsou mnohem složitější a zahrnují více podjednotek. Práce těchto enzymů však vyžaduje obrovské množství proteinových faktorů. Tyto látky pomáhají rozpoznat a vázat se na promotor (bakteriální polymeráza je dostatečná pro podjednotku sigma) a také se účastní procesů prodloužení a ukončení.

Existují tři typy eukaryotických RNA polymeráz: Poll, Poll a Polll. Všechny jsou komplexní heteromultimérní komplexy s molekulovou hmotností 0,5-0,7 Da. Rychlost eukaryotických polymeráz je 20 nukleotidů za sekundu.

Ze všech typů enzymu budou syntetizovat pouze molekuly RNA polymerasy II, které slouží jako prototyp pro tvorbu všech proteinů - messenger RNA.

Enzymový mechanismus účinku

RNA polymeráza je klíčovým enzymem ve všech fázích transkripce (iniciace, prodloužení a ukončení). V prvním stupni se polymeráza váže na promotor.

Syntéza řetězce RNA se vyskytuje ve stadiu prodloužení, během něhož se polymeráza náhle pohybuje po matricovém řetězci a selektivně katalyzuje přidání nových ribonukleotidů (do řetězce se tvoří pouze dusíkové báze, které jsou komplementární k páru DNA / RNA, tvořící vodíkové vazby). Řetěz se rozkládá od 5 do 3 konců.

Enzym má kanál, kterým vstupují ribonukleotidové fosfáty, aktivní centrum a výstupní kanál RNA. Uzavření fosfodiesterové vazby se provádí hydrolýzou vysoce energetických sloučenin. Tento proces se provádí v aktivním centru enzymu. Pohyb RNA polymerázy má spasmodický charakter.

Mechanismus transkripce v určitých stadiích připomíná proces zdvojení genetického materiálu (replikace). Účinky DNA polymerázy a RNA polymerázy jsou velmi podobné, protože katalyzují stejnou chemickou reakci. V práci těchto enzymů však existuje řada významných rozdílů. Mezi ně patří:

• RNA polymeráza nepotřebuje primer ve formě primeru;
• materiál pro syntézu RNA není deoxyribonukleotidy, ale ribonukleotidy;
• v procesu přesunu enzymu podél matricového řetězce je hybrid rozdělen mezi matrici a syntetizovaný produkt, zatímco je zachován během replikace.

Syntéza RNA se vyskytuje proti paralelně s templátovou sekvencí. DNA polymerázy, které pracují na cestě, postupují dvojitou šroubovicí před sebe a oddělují řetězce. Za enzymem se syntetizovaná RNA okamžitě přemístí a DNA struktura se obnoví.