RNA polimeraza - opis, funkcija i djelovanje

U bilo kojoj stanici, način provedbe genetske informacije počinje transkripcijom, to jest, sintezom RNA molekule na temelju DNA matrice. RNA polimeraza je glavni aktivni enzim u ovom procesu. Ona gradi lanac ribonukleotida, koji je neophodan za sintezu proteina.

Za sve predstavnike staničnog oblika života karakteristična je samo jedna vrsta RNA polimeraze - ovisna o DNA. Međutim, postoji enzim koji je sposoban sintetizirati ribonukleinsku kiselinu na temelju RNA predloška. Ovaj tip enzima (RNA-ovisna RNA polimeraza) nalazi se samo kod virusa.

Osnove enzima

Bilo koja RNA polimeraza je protein sposoban za vezanje na molekulu nukleinske kiseline i, krećući se duž nje, da katalizira stvaranje fosfodiesterske veze između ribonukleotida. Ovaj proces zahtijeva energiju.

Materijal za sintezu RNA su ribonukleozidni trifosfati (adenin, gvanin, citozin i uracil), koji su odabrani komplementarni s matričnom sekvencom. Da bi započela sinteza RNA, polimeraza mora biti povezana sa specifičnim slijedom u genomu, koji se naziva promotor. Ovo mjesto je mjesto slijetanja enzima.

Bilo koji transkript uključuje promotor koji prethodi kodirajućoj sekvenci. Upravo u fazi vezanja RNA polimeraze na promotor, regulira se ekspresija određenih gena. To ovisi o tome koliko je enzim u interakciji s njim, bez obzira na to hoće li transkripcija nastaviti.

Uloga RNA polimeraze u transkripciji

Glavna svrha ovog enzima je sintetizirati polinukleotidnu sekvencu na temelju matričnog lanca. Da bi se to postiglo, RNA polimeraza ima različite funkcije, uključujući:

• prepoznavanje promotora;
• odabir nukleotida u lancu prema komplementarnom principu;
• zatvaranje fosfodiesterskih veza između nukleotida;
• otkopavanje dijela DNA i rezanje dvostruke spirale;
• uklanjanje pogrešaka u sintetiziranom krugu.

Posljednje dvije funkcije karakteristične su samo za kompleksne polimeraze na bazi DNA.

Vrste RNA polimeraze

Enzimi koji sintetiziraju RNK razlikuju se ne samo po tipu matrice na kojoj djeluju (DNA ili RNA), već i po složenosti strukture. Na temelju tog kriterija razlikuju se 2 skupine RNA polimeraza:

• Sastoji se od jedne podjedinice - karakteristične za neke fage, kao i za mitohondrije i kloroplaste eukariota. U potonjem slučaju, jednostruka podjedinica su samo one polimeraze koje kodira mala nuklearna DNK, a ne same organele.
• Uključujući i nekoliko podjedinica.

Jednostavne polimeraze ne zahtijevaju sudjelovanje regulatornih elemenata i rad na malim genomima. Funkcionalnost kompleksnih polimeraza je mnogo šira. Svaka podjedinica u sastavu enzima obavlja svoj zadatak.

Sve RNA polimeraze imaju zajedničko načelo djelovanja, ali se razlikuju u strukturi i uvjetima funkcioniranja, koje nisu različite u različitim svojtama živih organizama. Na temelju toga izolirani su enzimi koji sintetiziraju RNA:

• prokarioti (bakterije i arheje);
• eukariota;
• virusi.

Eukariotske RNA polimeraze odvojeno su klasificirane. Ovi organizmi imaju nekoliko tipova enzima namijenjenih sintezi različitih tipova RNA.

Prokarioti RNA polimeraze

U bakterijama za sve vrste RNA sintetizira jedna vrsta polimeraze. Potonji je kompleks s više podjedinica, u kojem postoje dvije komponente:

• jezgra-enzim ili glavni enzim sintetizira RNA lanac, sastoji se od 5 protomera (β, β ^` , ω i 2 α podjedinica);
• pomoćna podjedinica, σ, prepoznaje promotor i pomaže polimerazi da je kontaktira, nakon čega se odmah odvaja.

Kompleks jezgre i σ faktor naziva se holoenzim.

RNK sintetizirajuće enzime eukariotske stanice

Eukariotske RNA polimeraze su mnogo složenije i uključuju više podjedinica. Međutim, rad ovih enzima zahtijeva veliku količinu proteinskih faktora. Potonje pomaže polimerazama da prepoznaju i vežu se na promotor (bakterijska polimeraza dovoljna je za sigma podjedinicu), te također sudjeluju u procesima produljenja i ukidanja.

Postoje tri vrste eukariotskih RNA polimeraza: Pol l, Pol ll i Pol lll. Svi su kompleksni heteromultimerni kompleksi s molekularnom težinom od 0,5-0,7 Da. Brzina eukariotskih polimeraza je 20 nukleotida u sekundi.

Od svih tipova enzima, samo RNA polimeraza II će sintetizirati molekule koje služe kao prototip za izgradnju svih proteina - glasničke RNA.

Enzimski mehanizam djelovanja

RNA polimeraza je ključni enzim u svim fazama transkripcije (inicijacija, produljenje i završetak). U prvom stupnju, polimeraza se veže na promotor.

Sinteza RNA lanca odvija se u fazi izduženja, tijekom koje polimeraza naglo kreće duž matričnog lanca, selektivno katalizirajući dodavanje novih ribonukleotida (samo one dušične baze koje su komplementarne parovima DNA / RNA spojene su u vodikove veze). Lanac se proteže od 5 do 3 kraja.

Enzim ima kanal kroz koji ulaze ribonukleotidni fosfati, aktivni centar i RNA izlazni kanal. Zatvaranje fosfodiesterske veze postiže se hidrolizom visokoenergetskih spojeva. Ovaj proces se provodi u aktivnom središtu enzima. Kretanje RNA polimeraze ima spazmodičan karakter.

Mehanizam transkripcije u određenim fazama podsjeća na proces udvostručavanja genetskog materijala (replikacija). Djelovanje DNA polimeraze i RNA polimeraze vrlo je slično, budući da kataliziraju istu kemijsku reakciju. Međutim, u radu ovih enzima postoji niz značajnih razlika. Među njima su:

• RNA polimeraza ne treba temeljni premaz u obliku prajmera;
• materijal za sintezu RNA nije dezoksiribonukleotid, već ribonukleotid;
• u procesu pomicanja enzima duž matričnog lanca, hibrid se razdvaja između matrice i sintetiziranog produkta, dok se tijekom replikacije zadržava.

Sinteza RNA odvija se antiparalelno s sekvencom predložaka. DNA polimeraze koje rade na svom putu unaprijeđuju dvostruku zavojnicu ispred sebe i razdvajaju lance. Iza enzima, sintetizirana RNA je odmah premještena, a DNA struktura je obnovljena.