Исходный продукт синтеза рнк ферментом рнк полимераза
РНК-полимераза – определение, функции и типы
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.
У бактерий сигма-факторы играют решающую роль в направлении РНК-полимеразы к определенным промоторным последовательностям ДНК. Сигма-факторы помогают РНК-полимеразе распознавать и связываться с правильными промоторными областями, обеспечивая точную инициацию транскрипции.
РНК-полимераза – определение, функции и типы
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.
Для всех представителей клеточной формы жизни характерен только один тип РНК-полимеразы — ДНК-зависимая. Однако существует фермент, способный синтезировать рибонуклеиновую кислоту на основе РНК-матрицы. Такая разновидность фермента (РНК-зависимая РНК-полимераза) встречается только у вирусов.
Существуют ли другие типы РНК-полимеразы в клеточных органеллах?
Открытие РНК-полимеразы архей произошло относительно недавно.
26.12.2019 20:47:36
2019-12-26 20:47:36
Любые данныеЛюбые данные Любые данные
Любые данные
Любые данные
РНК-полимераза — описание, функции и действие
В любой клетке путь реализации генетической информации начинается с транскрипции, то есть с синтеза молекулы РНК на основе ДНК матрицы. РНК — полимераза является основным действующим ферментом этого процесса. Именно она строит цепь рибонуклеотидов, которая необходима для белкового синтеза.
Для всех представителей клеточной формы жизни характерен только один тип РНК-полимеразы — ДНК-зависимая. Однако существует фермент, способный синтезировать рибонуклеиновую кислоту на основе РНК-матрицы. Такая разновидность фермента (РНК-зависимая РНК-полимераза) встречается только у вирусов.
Основные сведения о ферменте
Любая РНК-полимераза представляет собой белок, способный связываться с молекулой нуклеиновой кислоты и, двигаясь по ней, катализировать образование фосфодиэфирной связи между рибонуклеотидами. Этот процесс требует затраты энергии.
Материалом для синтеза РНК служат рибонуклеозидтрифосфаты (аденин, гуанин, цитозин и урацил), которые подбираются комплементарно матричной последовательности. Чтобы начать синтезировать РНК, полимераза должна связаться с особой последовательностью в геноме, которая называется промотором. Этот участок является посадочной площадкой для фермента.
Любой транскриптон обязательно содержит промотор, предваряющий кодирующую последовательность. Именно на этапе присоединения РНК-полимеразы к промотору происходит регуляция экспрессии определенных генов. От того, насколько успешно фермент с ним про взаимодействует, зависит, будет ли идти транскрипция.
Роль РНК-полимеразы в транскрипции
Главное предназначение этого фермента заключается в синтезе полинуклеотидной последовательности на основании матричной цепи. Для выполнения этой задачи РНК-полимераза осуществляет целый ряд функций, включая:
- распознавание промотора; подбор нуклеотидов в цепь по комплементарному принципу; замыкание фосфодиэфирных связей между нуклеотидами; расплетание участка ДНК и разрезание двойной спирали; устранение ошибок в синтезированной цепи.
Последние две функции характерны только для сложно устроенных полимераз, работающих на основе ДНК.
Разновидности РНК-полимераз
РНК-синтезирующие ферменты различаются не только по типу матрицы, на которых они работают (ДНК либо РНК), но и по сложности строения. На основании этого критерия выделяют 2 группы РНК-полимераз:
- Состоящие из одной субъединицы — характерны для некоторых фагов, а также для митохондрий и хлоропластов эукариот. В последнем случае односубъединичными являются только те полимеразы, которые кодируются малыми ядерными ДНК, а не самими органеллами. Включающие в состав несколько субъединиц.
Простые полимеразы не требуют участия регуляторных элементов и работают на небольших геномах. Функционал сложных полимераз гораздо шире. Каждая субъединица в составе фермента выполняет свою задачу.
Все РНК-полимеразы обладают общим принципом действия, но различаются по строению и условиям функционирования, которые у разных таксонов живых организмов не одинаковы. Исходя из этого выделяют РНК-синтезирующие ферменты:
- прокариот (бактерий и архей); эукариот; вирусов.
Отдельно классифицируют РНК-полимеразы эукариот. Эти организмы имеют несколько разновидностей фермента, предназначенных для синтеза разных типов РНК.
РНК-полимеразы прокариот
У бактерий для все виды РНК синтезируются одним видом полимеразы. Последняя представляет собой многосубъединичный комплекс, в котором выделяют 2 составных части:
- кор-фермент или основной фермент синтезирует цепь РНК, состоит из 5 протомеров (β, β ` , ω и 2 субъединицы α); вспомогательная субъединица σ — узнает промотор и помогает полимеразе связаться с ним, после чего сразу отделяется.
Комплекс из кор-фегмента и σ-фактора называют холоферментом.
РНК-синтезирующие ферменты эукариотической клетки
Эукариотические РНК-полимеразы устроены значительно сложнее и в их состав входит большее количество субъединиц. Однако, для работы этих ферментов требуется огромное количество белковых факторов. Последние помогают полимеразам распознавать и связываться с промотором (полимеразе бактерий достаточно субъединицы сигма), а также участвуют в процессах элонгации и терминации.
Различают три вида эукариотических РНК-полимераз: Pol l, Pol ll и Pol lll. Все они представляют собой сложные гетеромультимерные комплексы с молекулярной массой 0,5-0,7 Да. Скорость работы эукариотических полимераз составляет 20 нуклеотидов в секунду.
Матричные РНК (мРНК), малые ядерные РНК (мяРНК)
Из всех типов фермента только РНК-полимераза ll синтезирует молекулы, служащие прототипом для построения всех белков, — матричные РНК.
Механизм действия фермента
РНК-полимераза является ключевым ферментом на всех стадиях транскрипции (инициации, элонгации и терминации). На первом этапе полимераза связывается с промотором.
Синтез цепи РНК происходит на стадии элонгации, во время которой полимераза скачкообразно движется по матричной цепи, избирательно катализируя присоединение новых рибонуклеотидов (в цепь включаются только те азотистые основания, которые комплементарно спариваются с ДНК/РНК, образуя водородные связи). Цепь удлиняется в направлении от 5 к 3 концу.
Фермент имеет канал, через который поступают рибонуклеотидфосфаты, активный центр и канал выхода РНК. Замыкание фосфодиэфирной связи осуществляется за счет гидролиза макроэргических соединений. Этот процесс осуществляется в активном центре фермента. Движение РНК-полимеразы имеет скачкообразный характер.
Механизм транскрипции на определенных этапах напоминает процесс удвоения генетического материала (репликации). Действия ДНК-полимеразы и РНК-полимеразы очень похожи, поскольку они катализируют одну и ту же химическую реакцию. Однако, в работе этих ферментов есть ряд существенных отличий. Среди них:
- для работы РНК-полимеразы не нужна затравка в виде праймера; материалом для синтеза РНК служат не дезоксирибонуклеотиды, а рибонуклеотиды; в процессе продвижения фермента по матричной цепи происходит разъединение гибрида между матрицей и синтезированным продуктом, тогда как во время репликации он сохраняется.
Синтез РНК происходит антипараллельно матричной последовательности. Работающие на ДНК полимеразы по ходу продвижения раскручивают перед собой двойную спираль и разделяют цепи. Позади фермента синтезированная РНК сразу вытесняется, а структура ДНК восстанавливается.
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
Основные сведения о ферменте
Любая РНК-полимераза представляет собой белок, способный связываться с молекулой нуклеиновой кислоты и, двигаясь по ней, катализировать образование фосфодиэфирной связи между рибонуклеотидами. Этот процесс требует затраты энергии.
Материалом для синтеза РНК служат рибонуклеозидтрифосфаты (аденин, гуанин, цитозин и урацил), которые подбираются комплементарно матричной последовательности. Чтобы начать синтезировать РНК, полимераза должна связаться с особой последовательностью в геноме, которая называется промотором. Этот участок является посадочной площадкой для фермента.
Любой транскриптон обязательно содержит промотор, предваряющий кодирующую последовательность. Именно на этапе присоединения РНК-полимеразы к промотору происходит регуляция экспрессии определенных генов. От того, насколько успешно фермент с ним про взаимодействует, зависит, будет ли идти транскрипция.
РНК-полимераза обладает геликазной активностью, что означает, что она может раскручивать двойную спираль ДНК по мере продвижения по матрице ДНК. Это раскручивание позволяет ферменту получить доступ к цепи ДНК для синтеза РНК.
Основные сведения о ферменте
Фактор транскрипции II D.
20.03.2019 9:50:23
2019-03-20 09:50:23
Любые данныеЛюбые данныеЛюбые данные Любые данные
Любые данные
Любые данные
РНК-полимераза — структура, определение, типы и функции
РНК-полимераза является универсальным ферментом с несколькими ключевыми свойствами, которые вносят свой вклад в ее важную роль в транскрипции. Вот некоторые важные особенности РНК-полимеразы:
- Зависимый от шаблона синтез: РНК-полимераза катализирует синтез молекул РНК с использованием матрицы ДНК. Он считывает матрицу ДНК в направлении от 3′ к 5′ и синтезирует молекулу РНК в комплементарном направлении от 5′ к 3′. Признание промоутера: РНК-полимераза распознает определенные последовательности ДНК, называемые промоторами, которые отмечают начальные точки транскрипции. Промоторы содержат консенсусные последовательности, которые распознаются РНК-полимеразой и связанными с ней факторами. Разматывание ДНК: После связывания с промотором РНК-полимераза использует геликазную активность для локального раскручивания двухцепочечной ДНК. Это раскручивание позволяет получить доступ к матричной цепи ДНК для синтеза РНК. Инициация и удлинение: После раскручивания ДНК РНК-полимераза инициирует синтез РНК, добавляя первый нуклеотид к растущей цепи РНК. Он продолжает удлинять молекулу РНК, постепенно добавляя последующие нуклеотиды, руководствуясь комплементарным спариванием оснований с ДНК-матрицей. Вычитка и редактирование: РНК-полимераза обладает внутренними корректирующими свойствами. Он может распознавать и удалять неправильно добавленные нуклеотиды во время синтеза РНК с помощью механизма, известного как возврат. Эта деятельность по корректуре помогает поддерживать точность расшифрованной последовательности РНК. Распознавание прекращения: РНК-полимераза распознает специфические сигналы терминации в последовательности ДНК, которые отмечают конец транскрипции. Эти сигналы заставляют РНК-полимеразу отделяться от матрицы ДНК и высвобождать синтезированную молекулу РНК. Транскрипционные факторы и кофакторы: РНК-полимераза часто взаимодействует с различными факторами и кофакторами транскрипции, чтобы регулировать ее активность и повышать эффективность транскрипции. Эти факторы могут модулировать связывание РНК-полимеразы с промотором, влиять на скорость транскрипции и координировать экспрессию генов. Разнообразие РНК-полимераз: В клетках существуют различные типы РНК-полимераз, каждая из которых играет свою роль. Например, РНК-полимераза I отвечает за синтез рибосомальной РНК (рРНК), РНК-полимераза II транскрибирует гены, кодирующие белок, а РНК-полимераза III синтезирует транспортную РНК (тРНК) и другие малые некодирующие РНК. Регуляция транскрипции: Транскрипцию можно регулировать посредством взаимодействия РНК-полимеразы с регуляторными белками и последовательностями ДНК. Такие факторы, как энхансеры, сайленсеры и активаторы или репрессоры транскрипции, могут влиять на связывание и активность РНК-полимеразы, позволяя точно контролировать экспрессию генов. Эволюционная консервация: РНК-полимераза присутствует во всех сферах жизни, включая бактерии, археи и эукариоты, что подчеркивает ее фундаментальную важность в клеточных процессах. Хотя существуют различия в составе субъединиц и регуляции РНК-полимеразы у разных организмов, основной ферментативный механизм сохраняется.
Структура РНК-полимеразы
- Основная РНК-полимераза: У прокариот, таких как Escherichia coli (E. coli), коровая РНК-полимераза состоит из пяти субъединиц. Он включает две субъединицы альфа (α), каждая из которых весит около 36 кДа, субъединицу бета (β) весом около 150 кДа, субъединицу бета-прим (β’) весом около 155 кДа и малую субъединицу омега (ω). Основная РНК-полимераза отвечает за катализ синтеза РНК. Образование холофермента: Основная РНК-полимераза связывается с сигма-фактором (σ) с образованием холофермента. Сигма-фактор играет решающую роль в распознавании и связывании специфических последовательностей ДНК, называемых промоторами. Связывание сигма-фактора с коровым ферментом образует активный холофермент, позволяющий инициировать транскрипцию на специфических сайтах промоторов. Как только начинается транскрипция, сигма-фактор может диссоциировать, и основной фермент продолжает фазу элонгации. Структурная конфигурация: Коровой комплекс РНК-полимеразы имеет отличительную структуру, часто называемую «клешней краба» или «зажимом-челюстью» из-за своей формы. Эта структура включает внутренний канал, который проходит по всей длине фермента, обеспечивая путь для матричной цепи ДНК и вновь синтезированной цепи РНК во время транскрипции. Канал позволяет перемещать нуклеотиды для синтеза РНК. Дополнительные субъединицы: РНК-полимеразы эукариот и архей имеют более сложную структуру по сравнению с РНК-полимеразами прокариот. Они состоят из дополнительных субъединиц, которые способствуют их функциональности и регуляции. Эти дополнительные субъединицы обеспечивают стабильность, повышают аффинность связывания с ДНК и взаимодействуют с другими факторами и регуляторами транскрипции. Металлические кофакторы: РНК-полимеразы, включая как прокариотические, так и эукариотические формы, содержат кофакторы металлов, которые облегчают их ферментативную активность во время транскрипции. Катионы цинка и магния являются особенно важными кофакторами металлов, которые помогают на различных этапах процесса транскрипции. Они помогают стабилизировать структуру РНК-полимеразы и участвуют в каталитических реакциях.
Детальное понимание структуры РНК-полимеразы, проясненное в таких исследованиях, как работа Роджера Д. Корнберга, дало ценную информацию о механизмах транскрипции и регуляции экспрессии генов. Разнообразные субъединицы и кофакторы металлов способствуют эффективности, точности и регулирующему контролю синтеза РНК с помощью РНК-полимеразы.
Типы РНК-полимеразы
Прокариотические (бактерии, археи, вирусы) организмы обладают одним видом РНК-полимеразы, которая синтезирует все подтипы РНК. Эукариоты (многоклеточные организмы) содержат пять различных видов РНК-полимераз, которые выполняют разные роли в синтезе различных молекул РНК.
Прокариотическая РНК-полимераза
Прокариотическая РНК-полимераза представляет собой единственный тип РНК-полимеразы, обнаруженный у прокариот, и он играет центральную роль в транскрипции всех классов РНК, включая мРНК, тРНК, рРНК и мРНК.
Молекула РНК-полимеразы состоит из двух основных доменов: ядра и холофермента. Он состоит из пяти субъединиц: β, β’, α (αI и αII) и ω.
Субъединицы β и β’ вместе образуют каталитический центр РНК-полимеразы, отвечающей за синтез молекул РНК.
Субъединица α состоит из двух отдельных доменов: N-концевого домена (α-NTD) и С-концевого домена. N-концевой домен участвует в димеризации, формируя а2 и облегчая сборку РНК-полимеразы. С-концевой домен играет роль в связывании с последовательностью ДНК восходящего промотора (UP) на промоторах генов рРНК и тРНК и взаимодействует с различными активаторами транскрипции.
- Β-субъединица: Он имеет размер 150.4 кДа и вместе с β’-субъединицей образует каталитический центр, отвечающий за синтез РНК. Β’ субъединица: Имея размер 155.0 кДа, он также вносит вклад в каталитический центр и участвует в синтезе РНК. Α-субъединица (αI и αII): Субъединица α размером 36.5 кДа участвует в сборке РНК-полимеразного комплекса. Он также связывается с последовательностью UP в промоторной области. Ω субъединица: Он имеет размер 155.0 кДа и придает специфичность промоторам. Субъединица ω связывается с сайтами -10 и -35 в промоторной области.
Промоторная область представляет собой специфическую последовательность ДНК, которая необходима для точной и специфической инициации транскрипции. Именно на промоторе точно связывается РНК-полимераза, чтобы инициировать процесс транскрипции.
Прокариотическая РНК-полимераза с ее субъединичным составом и отдельными доменами позволяет эффективно синтезировать различные классы РНК в прокариотических организмах. Его специфичность в отношении промоторов и взаимодействие с другими регуляторными факторами обеспечивают точную инициацию транскрипции и экспрессию генов.
Эукариотическая РНК-полимераза
Эукариотическая РНК-полимераза представляет собой группу ферментов, ответственных за синтез различных типов молекул РНК в эукариотических организмах. Существует пять известных типов эукариотических РНК-полимераз, каждый из которых выполняет определенные функции:
РНК-полимераза I: Расположенная в ядрышке РНК-полимераза I синтезирует предшественник рибосомной РНК (пре-рРНК), называемый 45S (или 35S у дрожжей). Эта пре-рРНК созревает и образует основные РНК-компоненты рибосом, необходимые для синтеза белка. РНК-полимераза II: Находящаяся в ядре РНК-полимераза II представляет собой сложный фермент, состоящий примерно из 12 субъединиц. Он отвечает за транскрипцию предшественников информационной РНК (пре-мРНК), которые подвергаются дальнейшему процессингу, чтобы стать зрелыми молекулами мРНК. РНК-полимераза II играет решающую роль в транскрипции большинства эукариотических генов. РНК-полимераза III: Также расположенная в ядре РНК-полимераза III транскрибирует различные типы малых молекул РНК, включая транспортную РНК (тРНК), 5S рибосомную РНК (рРНК) и другие малые некодирующие РНК. Эти молекулы участвуют в различных клеточных процессах и необходимы для нормального функционирования клеток. РНК-полимераза IV и V: Эти две РНК-полимеразы уникальны для растений. Их точные функции еще полностью не выяснены, но они участвуют в синтезе малых интерферирующих РНК (миРНК) и образовании гетерохроматина в клеточном ядре. РНК-полимераза IV и V в основном находятся в ядре и проявляют сходство с бактериальными РНК-полимеразами.
Эукариотические РНК-полимеразы представляют собой большие белковые комплексы с несколькими субъединицами. Они содержат от 8 до 14 субъединиц, а их молекулярная масса может составлять примерно 500,000 XNUMX для каждой полимеразы. Субъединицы, такие как α, β и β’, играют решающую роль в катализе и сборке белков.
Каждая РНК-полимераза у эукариот имеет специфическую клеточную локализацию и разные мишени для транскрипции. Они участвуют в транскрипции различных типов молекул РНК, необходимых для различных клеточных процессов, включая синтез белка, сборку рибосом и регуляцию экспрессии генов.
Эукариотические клетки обладают несколькими типами РНК-полимераз (РНКП), расположенных в ядре, каждая из которых отвечает за синтез определенных подмножеств молекул РНК. Несмотря на их функциональные различия, все эукариотические РНКП имеют структурное и механистическое сходство друг с другом и с бактериальными РНКП.
РНК-полимераза I (РНКП I) отвечает за синтез молекулы-предшественника, называемой пре-рРНК (45S у большинства эукариот и 35S у дрожжей). Эта пре-рРНК подвергается созреванию для производства основных компонентов рибосомы, а именно 28S, 18S и 5.8S рРНК. Эти рРНК играют решающую роль в процессе трансляции.
РНК-полимераза II (РНКП II) является наиболее широко изученным типом эукариотической РНКП. Он синтезирует молекулы-предшественники матричной РНК (мРНК), а также большинства малых ядерных РНК (мяРНК) и микроРНК. Транскрипция с помощью РНКП II требует участия различных факторов транскрипции, которые облегчают ее связывание со специфическими промоторными областями ДНК. Этот точный контроль над транскрипцией позволяет регулировать экспрессию генов.
РНК-полимераза III (РНКП III) отвечает за синтез транспортных РНК (тРНК), 5S рРНК и других малых ядерных и цитоплазматических РНК. Эти молекулы играют важную роль в синтезе белка и других клеточных процессах.
РНК-полимераза IV (РНКП IV) и РНК-полимераза V (РНКП V) уникальны для растений. РНКП IV участвует в синтезе малых интерферирующих РНК (миРНК), которые играют роль в подавлении активности генов и защите от вирусов. RNAP V отвечает за синтез РНК, участвующих в siRNA-направленном образовании гетерохроматина, способствуя регуляции генов у растений.
Внутри эукариотических клеток хлоропласты обладают собственными РНКП, известными как полимеразы, кодируемые пластидами (PEP). Эти РНКП очень похожи на бактериальные РНКП и используют сигма-факторы, закодированные в ядерном геноме, для инициации транскрипции. Кроме того, эукариотические хлоропласты содержат другой тип РНКП, называемый полимеразой, кодируемой ядром (NEP), которая структурно и механически не связана с PEP.
Эукариотические митохондрии также обладают собственной РНКП, известной у людей как POLRMT. Эта односубъединичная РНКП, кодируемая ядром, функционально похожа на фагоподобные полимеразы и играет жизненно важную роль в экспрессии митохондриальных генов.
Наличие нескольких типов эукариотических РНКП отражает сложность и разнообразие синтеза и регуляции РНК у этих организмов. Понимание функций и механизмов этих РНКП дает представление об экспрессии генов, клеточных процессах и общем функционировании эукариотических клеток.
Функции РНК-полимеразы
РНК-полимераза (РНКП) является ключевым ферментом, участвующим в процессе транскрипции генов, где она синтезирует молекулы РНК из матриц ДНК. Вот основные функции РНК-полимеразы:
Инициация транскрипции: РНК-полимераза распознает и связывается со специфическими последовательностями ДНК, называемыми промоторами, которые обозначают начальные точки транскрипции. Он инициирует синтез цепи РНК, добавляя первый нуклеотид к растущей цепи РНК. Удлинение цепи РНК: После инициации транскрипции РНК-полимераза перемещается по цепи ДНК-матрицы и синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности ДНК. Этот процесс называется удлинением. РНК-полимераза может добавлять нуклеотиды к растущей цепи РНК, удлиняя ее в направлении от 5′ к 3′. Прекращение транскрипции: РНК-полимераза распознает определенные последовательности ДНК на концах генов, известные как терминаторы. Эти последовательности сигнализируют об окончании транскрипции, и РНК-полимераза высвобождает вновь синтезированную молекулу РНК и отсоединяется от матрицы ДНК. Производство мРНК: Одним из основных продуктов РНК-полимеразы является информационная РНК (мРНК). мРНК переносит генетическую информацию от ДНК к рибосомам, где она служит матрицей для синтеза белка во время трансляции. Гены некодирующей РНК: РНК-полимераза транскрибирует различные некодирующие гены РНК, которые продуцируют функциональные молекулы РНК, которые не транслируются в белки. Примеры включают транспортную РНК (тРНК), которая помогает включать определенные аминокислоты в растущие полипептидные цепи во время трансляции, и рибосомную РНК (рРНК), которая образует структурный компонент рибосом, участвующих в синтезе белка. Другие гены некодирующей РНК, такие как микроРНК, играют важную роль в регуляции активности генов. Каталитическая РНК: РНК-полимераза также может транскрибировать каталитические молекулы РНК, известные как рибозимы. Эти молекулы РНК проявляют ферментативную активность и могут катализировать специфические биохимические реакции.
РНК-полимераза против ДНК-полимеразы
РНК-полимераза у архей
- Археи, один из трех доменов жизни, обладают одним типом РНК-полимеразы (РНКП), ответственным за транскрипцию всех типов молекул РНК. Структура и механизм РНК-полимеразы архей очень напоминают таковые бактериальной РНК-полимеразы и эукариотической ядерной РНК-полимеразы IV. В частности, РНК-полимераза архей имеет значительное структурное и механистическое сходство с эукариотической ядерной РНК-полимеразой II. Открытие РНК-полимеразы архей произошло относительно недавно. Первый анализ РНКП архей был проведен в 1971 г. с акцентом на РНКП крайнего галофила Halobacterium cutirubrum. Кристаллические структуры РНК-полимераз из Sulfolobus solfataricus и Sulfolobus shibatae предоставили информацию об архитектуре архейной РНК-полимеразы. Эти исследования идентифицировали в общей сложности тринадцать субъединиц РНК-полимеразы архей. У архей субъединица, соответствующая эукариотическому Rpb1 (самая большая субъединица РНК-полимеразы II), расщеплена на две субъединицы. Однако гомолог эукариотической субъединицы Rpb9 (POLR2I) в комплексе Sulfolobus shibatae отсутствует. Вместо этого в качестве потенциального функционального эквивалента была предложена субъединица, называемая TFS (фактор транскрипции S), которая имеет сходство с TFIIS. Другая дополнительная субъединица, обозначаемая как Rpo13, присутствует в РНК-полимеразе архей. Rpo13 вместе с Rpo5 занимает пространство, которое соответствует вставке, обнаруженной в бактериальных β’-субъединицах. Примечательно, что Rpo3 в РНК-полимеразе архей представляет собой железо-серный белок, что отличает его от его аналогов в других областях жизни. Существует также общее сходство последовательностей между субъединицей AC40 архейной РНКП I/III и некоторыми субъединицами эукариотической РНКП, хотя железосвязывающая функция у AC40 отсутствует. В прошлом субъединицы РНКП архей обозначались с использованием номенклатуры «RpoX», где каждой субъединице присваивалась буква, независимая от других систем. Однако в 2009 году была предложена новая номенклатура, основанная на системе нумерации субъединиц эукариотической РНК-полимеразы II с использованием префикса «Rpb». Изучение РНК-полимеразы архей дало ценную информацию о процессе транскрипции у архей и углубило наше понимание структурных и функциональных взаимоотношений между РНК-полимеразами в различных областях жизни.
РНК-полимераза в вирусах
- Вирусы используют различные стратегии для синтеза РНК, а их РНК-полимеразы (РНКП) демонстрируют различные структуры и механизмы. Ортопоксвирусы и некоторые другие ядерно-цитоплазматические большие ДНК-вирусы кодируют свои собственные многосубъединичные РНКП, которые имеют сходство с эукариотическими РНКП. Однако эти вирусные РНКП часто имеют минимизированные или отсутствующие субъединицы по сравнению с их эукариотическими аналогами. Конкретная эукариотическая РНКП, на которую они наиболее похожи, является предметом дискуссий в научном сообществе. С другой стороны, многие другие вирусы используют односубъединичные ДНК-зависимые РНКП (оцРНКП) для синтеза РНК. Эти ssRNAP имеют структурное и механистическое сходство с односубъединичными РНКП, обнаруженными в эукариотических хлоропластах (RpoT) и митохондриях (POLRMT). Примеры широко изученных односубъединичных РНКП включают РНК-полимеразу бактериофага Т7. Примечательно, что в ssRNAP отсутствуют возможности корректуры. В случае профага SPβ B. subtilis отдельная мономерная РНКП образуется с использованием YonO, гомолога субъединиц β и β’, обнаруженных в мультисубъединичных РНКП. Эта уникальная структура РНКП значительно отличалась от канонической пятизвенной многосубъединичной РНКП, потенциально предшествовавшей последнему универсальному общему предку. В дополнение к ДНК-зависимым РНКП некоторые вирусы используют РНК-зависимые РНКП, которые используют РНК в качестве матрицы для синтеза РНК вместо ДНК. Этот механизм наблюдается у РНК-вирусов с отрицательной цепью и дцРНК-вирусов, которые проводят часть своего жизненного цикла в виде двухцепочечной РНК. Интересно, что некоторые РНК-вирусы с положительной цепью, такие как полиовирус, также обладают РНК-зависимыми РНКП. Разнообразие РНК-полимераз в вирусах отражает их адаптацию к различным генетическим и репликативным стратегиям. Изучение вирусных РНК-полимераз расширяет наше понимание механизмов репликации вирусов и предоставляет потенциальные мишени для противовирусных вмешательств.
FAQ
Что такое РНК-полимераза?
РНК-полимераза представляет собой фермент, ответственный за синтез молекул РНК из матрицы ДНК в процессе транскрипции. Он играет решающую роль в экспрессии генов, катализируя образование цепочек РНК, комплементарных последовательности ДНК.
Сколько типов РНК-полимеразы существует?
В разных организмах существует несколько типов РНК-полимеразы. У эукариот есть три основных типа: РНК-полимераза I, РНК-полимераза II и РНК-полимераза III. Кроме того, у растений есть РНК-полимераза IV и РНК-полимераза V, а у бактерий — один тип РНК-полимеразы.
Каковы функции различных РНК-полимераз?
Каждый тип РНК-полимеразы выполняет определенные функции. РНК-полимераза I синтезирует рибосомальную РНК (рРНК), РНК-полимераза II транскрибирует информационную РНК (мРНК) и несколько малых РНК, а РНК-полимераза III отвечает за продукцию транспортной РНК (тРНК), 5S рРНК и других малых ядерных и цитоплазматических РНК.
Как РНК-полимераза узнает начальную точку транскрипции?
РНК-полимераза распознает определенные последовательности ДНК, называемые промоторами, которые указывают начальную точку транскрипции. Промоторы содержат определенные последовательности нуклеотидов, которые служат сайтами связывания факторов транскрипции, позволяя РНК-полимеразе инициировать транскрипцию в нужном месте.
Как РНК-полимераза раскручивает ДНК во время транскрипции?
РНК-полимераза обладает геликазной активностью, что означает, что она может раскручивать двойную спираль ДНК по мере продвижения по матрице ДНК. Это раскручивание позволяет ферменту получить доступ к цепи ДНК для синтеза РНК.
Какова роль сигма-факторов в функционировании РНК-полимеразы?
У бактерий сигма-факторы играют решающую роль в направлении РНК-полимеразы к определенным промоторным последовательностям ДНК. Сигма-факторы помогают РНК-полимеразе распознавать и связываться с правильными промоторными областями, обеспечивая точную инициацию транскрипции.
Может ли РНК-полимераза корректировать и исправлять ошибки в синтезе РНК?
РНК-полимераза не обладает корректирующей активностью, в отличие от ДНК-полимеразы. В результате это может привести к ошибкам во время синтеза РНК. Однако у клетки есть и другие механизмы, такие как пути редактирования и деградации РНК, для исправления или устранения дефектных молекул РНК.
Существуют ли другие типы РНК-полимеразы в клеточных органеллах?
Да, эукариотические клетки обладают РНК-полимеразами в своих клеточных органеллах. Например, в хлоропластах есть полимеразы, кодируемые пластидами (PEP), участвующие в экспрессии генов хлоропластов. В митохондриях есть собственная РНК-полимераза, называемая POLRMT, которая расшифровывает митохондриальные гены.
Существуют ли вирусные РНК-полимеразы?
Да, вирусы также обладают РНК-полимеразами для репликации и экспрессии генов. Некоторые вирусы имеют свои собственные РНК-полимеразы, в то время как другие могут использовать для транскрипции РНК-полимеразный механизм клетки-хозяина.
Как регулируется РНК-полимераза?
Активность РНК-полимеразы строго регулируется для обеспечения правильной экспрессии генов. Факторы транскрипции, коактиваторы и репрессоры связываются со специфическими последовательностями ДНК или взаимодействуют с РНК-полимеразой, контролируя ее активность. Кроме того, различные сигнальные пути и факторы окружающей среды могут влиять на активность РНК-полимеразы и транскрипцию генов.
Рекомендации
- Крамер, П. (2019). Организация и регуляция транскрипции генов. Природа, 573(7772), 45-54. Эбрайт, Р. Х., и Эбрайт, Ю. В. (2017). Активация транскрипции структурно разнообразными активаторами: преимущества распущенности. Тенденции биохимических наук, 42(7), 502-513. Фазал, Ф. М., Менг, Калифорния, Мураками, К. С., и Корнберг, Р. Д. (2017). Блокирование транскрипции РНК-полимеразы II остановленной РНК-полимеразой I. Science, 358(6366), 1283-1291. Нудлер, Э. (2012). Откат РНК-полимеразы в регуляции генов и нестабильность генома. Cell, 149(7), 1438-1445. Светлов, В., и Нудлер, Э. (2013). Основной механизм транскрипции РНК-полимеразой II. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Механизмы регуляции генов, 1829(1), 20-28. Вернер, Ф., и Громанн, Д. (2011). Эволюция мультисубъединичных РНК-полимераз в трех сферах жизни. Nature Reviews Microbiology, 9(2), 85-98. Чжан, Г., Кэмпбелл, Э. А., Минахин, Л., Рихтер, К., Северинов, К., и Дарст, С. А. (1999). Кристаллическая структура ядерной РНК-полимеразы Thermus aquaticus с разрешением 3.3 Å. Сотовый, 98(6), 811-824. Чжан, Дж., Ландик, Р., и Геллес, Дж. (2019). Механизмы терминации бактериальной транскрипции: все хорошее должно заканчиваться. Ежегодный обзор биохимии, 88, 319-347.
Мы надеемся, что вам понравилось читать нашу последнюю статью в блоге! Мы очень рады видеть положительный отклик, который он получает до сих пор. Мы понимаем, что иногда после просмотра интересного контента у вас могут возникнуть вопросы или вы захотите углубиться в тему.
Для облегчения содержательных дискуссий и поощрения обмена знаниями мы создали специальную страницу форума QNA, связанную с этой конкретной статьей. Если у вас есть какие-либо вопросы, комментарии или мысли, которыми вы хотели бы поделиться, мы приглашаем вас посетить форум QNA.
Не стесняйтесь задавать свои вопросы или участвовать в текущих дискуссиях. Наша команда экспертов, а также другие читатели будут активно участвовать в форуме, чтобы взаимодействовать с вами и давать проницательные ответы. Помните, что обмен своими мыслями не только помогает вам глубже понять, но также способствует росту и обучению сообщества. Мы надеемся услышать от вас и способствовать обогащающей дискуссии. Спасибо за участие в нашем путешествии!
Внутри эукариотических клеток хлоропласты обладают собственными РНКП, известными как полимеразы, кодируемые пластидами (PEP). Эти РНКП очень похожи на бактериальные РНКП и используют сигма-факторы, закодированные в ядерном геноме, для инициации транскрипции. Кроме того, эукариотические хлоропласты содержат другой тип РНКП, называемый полимеразой, кодируемой ядром (NEP), которая структурно и механически не связана с PEP.
Рекомендации
- Крамер, П. (2019). Организация и регуляция транскрипции генов. Природа, 573(7772), 45-54. Эбрайт, Р. Х., и Эбрайт, Ю. В. (2017). Активация транскрипции структурно разнообразными активаторами: преимущества распущенности. Тенденции биохимических наук, 42(7), 502-513. Фазал, Ф. М., Менг, Калифорния, Мураками, К. С., и Корнберг, Р. Д. (2017). Блокирование транскрипции РНК-полимеразы II остановленной РНК-полимеразой I. Science, 358(6366), 1283-1291. Нудлер, Э. (2012). Откат РНК-полимеразы в регуляции генов и нестабильность генома. Cell, 149(7), 1438-1445. Светлов, В., и Нудлер, Э. (2013). Основной механизм транскрипции РНК-полимеразой II. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Механизмы регуляции генов, 1829(1), 20-28. Вернер, Ф., и Громанн, Д. (2011). Эволюция мультисубъединичных РНК-полимераз в трех сферах жизни. Nature Reviews Microbiology, 9(2), 85-98. Чжан, Г., Кэмпбелл, Э. А., Минахин, Л., Рихтер, К., Северинов, К., и Дарст, С. А. (1999). Кристаллическая структура ядерной РНК-полимеразы Thermus aquaticus с разрешением 3.3 Å. Сотовый, 98(6), 811-824. Чжан, Дж., Ландик, Р., и Геллес, Дж. (2019). Механизмы терминации бактериальной транскрипции: все хорошее должно заканчиваться. Ежегодный обзор биохимии, 88, 319-347.
Мы надеемся, что вам понравилось читать нашу последнюю статью в блоге! Мы очень рады видеть положительный отклик, который он получает до сих пор. Мы понимаем, что иногда после просмотра интересного контента у вас могут возникнуть вопросы или вы захотите углубиться в тему.
Для облегчения содержательных дискуссий и поощрения обмена знаниями мы создали специальную страницу форума QNA, связанную с этой конкретной статьей. Если у вас есть какие-либо вопросы, комментарии или мысли, которыми вы хотели бы поделиться, мы приглашаем вас посетить форум QNA.
Не стесняйтесь задавать свои вопросы или участвовать в текущих дискуссиях. Наша команда экспертов, а также другие читатели будут активно участвовать в форуме, чтобы взаимодействовать с вами и давать проницательные ответы. Помните, что обмен своими мыслями не только помогает вам глубже понять, но также способствует росту и обучению сообщества. Мы надеемся услышать от вас и способствовать обогащающей дискуссии. Спасибо за участие в нашем путешествии!
Эукариотические РНК-полимеразы представляют собой большие белковые комплексы с несколькими субъединицами. Они содержат от 8 до 14 субъединиц, а их молекулярная масса может составлять примерно 500,000 XNUMX для каждой полимеразы. Субъединицы, такие как α, β и β’, играют решающую роль в катализе и сборке белков.
Прокариотическая РНК-полимераза
Эти ssRNAP имеют структурное и механистическое сходство с односубъединичными РНКП, обнаруженными в эукариотических хлоропластах RpoT и митохондриях POLRMT.
03.09.2017 11:55:58
2017-09-03 11:55:58
Любые данныеЛюбые данныеЛюбые данныеЛюбые данные Любые данные Любые данные
Любые данные
Любые данные
Источники:
Https://www. syl. ru/article/397247/rnk-polimeraza-opisanie-funktsii-i-deystvie