Познание мира

РНК-полимераза представляет собой многокомпонентный фермент, синтезирующий молекулы РНК из молекулы ДНК в процессе транскрипции.

1. Отвечает за транскрипцию генов, закодированных в молекулах ДНК, в кодируемые последовательности РНК, что дополнительно помогает во время синтеза белка.
2. РНК-полимераза играет жизненно важную роль в транскрипции, где она прикрепляется к промоторным областям ДНК и инициирует процесс транскрипции. Кроме того, этот фермент также добавляет рибонуклеотиды и выращивает цепь РНК, используя ДНК в качестве матрицы. Более того, он также завершает процесс, если встречает терминирующие последовательности в матричной ДНК.
3. РНК-полимераза катализирует образование фосфодиэфирных связей путем добавления рибонуклеозидтрифосфатов (НТФ) к растущей цепи новых нитей. 
4. Использует матрицу ДНК для построения полинуклеотида с комплементарными парами оснований.
5. Свободные нуклеотиды U спариваются с T в матрице ДНК, G спариваются с C в матрице ДНК.

Характеристики

1. РНК-полимераза считывает ДНК-матрицу от 3′ к 5′, но синтезирует полинуклеотид в направлении от 5′ к 3′.
2. РНК-полимераза не обладает нуклеазной активностью, поэтому ее нельзя корректировать, как это делает ДНК-полимераза.
3. Для инициации добавления входящих рибонуклеотидов не требуется праймер.
4. В прокариотической клетке присутствует один вид РНК-полимеразы. Однако эукариотической клетке требуются разные РНК-полимеразы для синтеза разных РНК. 
5. Кроме того, эукариотической РНК-полимеразе требуется множество других белков для инициации транскрипции, тогда как прокариотическая РНК-полимераза связывается непосредственно с промоторными участками ДНК.

Механизм эукариотической РНК-полимеразы

1. Основное различие в механизме работы эукариотической РНК-полимеразы и прокариотической РНК-полимеразы заключается в том, что эукариотическая РНК-полимераза не может сама инициировать процесс транскрипции, а прокариотическая РНК-полимераза может.
2. Эукариотическая РНК-полимераза нуждается в дополнительных белках для выполнения своих функций, эти дополнительные белки называются факторами транскрипции.
3. Промоторные области генов, которые транскрибируются РНК-полимеразой, имеют последовательность, подобную боксу ТАТА из 25-30 нуклеотидов, только немного выше по течению от участка инициации транскрипции.
4. С этой последовательностью из 25-30 нуклеотидов связывается фактор транскрипции TFΙΙD.
5. TFΙΙD сам по себе представляет собой многосубъединичное соединение, которое обеспечивает участок связывания для другого фактора транскрипции, называемого TFΙΙB, образуя комплекс в промоторной области.
6. Этот комплекс служит мостиком для связывания РНК-полимеразы.
7. Этому связыванию РНК-полимеразы с комплексом в промоторной области способствует другой фактор транскрипции, называемый TFΙΙF.
8. После рекрутирования РНК-полимеразы в область промотора для инициации транскрипции требуются дополнительные факторы транскрипции TFΙΙE TFΙΙH.
9. TFΙΙH представляет собой мультисубъединичный фактор, который действует как геликаза, раскручивая двухцепочечную ДНК, чтобы сделать возможной транскрипцию генов. Этот фактор также действует как киназа, которая фосфорилирует РНК-полимеразу, заставляя ее отрываться от комплекса инициации и, таким образом, позволяя РНК-полимеразе бежать по ДНК-матрице для синтеза цепочек РНК.
10. Удлинение характеризуется добавлением рибонуклеозидтрифосфата (rNTP) посредством образования фосфодиэфирной связи и высвобождения молекул пирофосфатов, эта реакция катализируется ионами двух двухвалентных металлов, а именно: ионом магния и ионом марганца.
11. Ион магния отвечает за приближение 3’ОН-группы праймера к атому фосфата входящего rNTP.
12. Благодаря этому 3′-свободная гидроксильная группа праймера теперь нуклеофильно атакует атом фосфата трифосфатной группы входящих rNTP и образует фосфодиэфирную связь.
13. По мере образования связи на кислороде, который был драгоценно связан с атомом фосфата, возникает значительный заряд, и для стабилизации этого заряда ион марганца играет жизненно важную роль. Кроме того, ион марганца также способствует удалению пирофосфатных групп.
14. Матрица ДНК содержит концевую последовательность, знаменующую окончание процесса транскрипции, результатом которого являются цепочки РНК. Эта терминальная последовательность обычно содержит 40 нуклеотидов и представляет собой участок, богатый GC, обычно оканчивающийся на шесть или семь А.
15. Однако терминация также может происходить путем отщепления растущих цепей РНК от РНК-полимеразы под действием гексамерного белка, называемого rho. 

Структура прокариотической РНК-полимеразы

1. РНК-полимераза в прокариотической клетке состоит из пяти полипептидных субъединиц: субъединицы альфа (α), субъединицы бета (β), субъединицы бета прайм (β’), субъединицы омега (ω) и субъединицы сигма (σ).
2. Полимераза представляет собой многосубъединичный холофермент. 
3. Первым шагом в создании РНК-полимеразы является димеризация альфа-субъединицы (α), которая действует как каркас для получения двух других субъединиц: бета-(β)-субъединицы и бета-субъединицы (β’). Одна из альфа-субъединиц взаимодействует с бета-субъединицей (β), а другая альфа-субъединица (α) взаимодействует с бета-субъединицей (β’).
4. Бета (β) субъединица является основной субъединицей, которая обладает полимеразной активностью и синтезирует новые молекулы РНК вместе с матрицей ДНК. 
5. Бета-субъединица (β’) связывается с ДНК, а также координирует ионы металлов для их каталитической активности.
6. Субъединица (ω) является наименьшей из всех и участвует в сборке холофермента и поддержании структурной целостности полимеразы. 
7. И, наконец, сигма-субъединица (σ) имеет решающее значение для распознавания промоторной области в ДНК, чтобы инициировать процесс транскрипции.
8. Однако каталитическое ядро ​​​​состоит из α β β’ ω и сигма (σ) субъединицы, которые связываются с ядром только во время распознавания промоторной области в ДНК-матрице.
9. Как только место инициации определено, сигма-субъединица (σ) диссоциирует от каталитического ядра.
10. Эукариотическая клетка содержит три типа различных РНК-полимераз, которые участвуют в синтезе различных типов РНК со своими специфическими функциями.
11. РНК-полимераза I транскрибирует гены, которые дают рРНК. 
12. РНК-полимераза ΙΙ транскрибирует гены, кодирующие белок, и приводит к синтезу мРНК.
13. РНК-полимераза ΙΙΙ транскрибирует гены, которые дают тРНК.
14. Все эти три представляют собой сложные мультисубъединичные ферменты, состоящие из 8-14 субъединиц каждый.
15. Хотя они распознают разные промоторы и транскрибируют разные РНК, в основном они имеют общие черты.
16. Даже две самые большие субъединицы эукариотической РНК-полимеразы тесно связаны с β- и β’-субъединицами прокариотической РНК-полимеразы.
17. Кроме того, эти три типа эукариотических РНК-полимераз имеют в своей структуре пять сходных субъединиц.
18. Специфичность этих трех полимераз определяется их взаимодействием с различными другими белками, также называемыми транскрипционными факторами.
19. Эукариотические РНК-полимеразы не могут напрямую связываться с промоторной областью ДНК, как это делают прокариотические РНК-полимеразы, поэтому им нужны эти факторы транскрипции, чтобы связываться с ДНК и инициировать синтез РНК.
20. Различные факторы транскрипции, участвующие в синтезе различных типов РНК, играют ключевую роль в определении типа необходимой РНК-полимеразы.
21. РНК-полимераза структурно делится на две субъединицы, большую субъединицу и вторую большую субъединицу, которые когерентно действуют для транскрипции соответствующих генов.
22. Длина этих субъединиц различна у всех трех обсуждаемых РНК-полимераз.
23. Например, РНК-полимераза ΙΙ содержит 11 расщепленных петель в двух субъединицах, каждая петля имеет определенную длину аминокислотных остатков. Следовательно, изменение длины аминокислотных остатков в каждой расщепленной петле — это то, что отличает одну полимеразу от другой. 

Типы и функции

Основная функция РНК-полимеразы заключается в транскрипции определенного гена в ДНК и синтезе РНК. Этот синтез характеризуется раскручиванием этой специфической части ДНК и использованием ее в качестве матрицы для транскрипции ген-направленных РНК.

РНК-полимераза Ι

1. Этот фермент отвечает за синтез рибосомной РНК.
2. Он транскрибирует ген в ядрышке и синтезирует рРНК в самом ядре, откуда она транспортируется в цитоплазму либо через ядерную пору, либо с помощью белков-переносчиков, где образует рибосомы.
3. Доступность молекул рРНК, продуцируемых РНК-полимеразой 1, может влиять на важные функции в нашем организме, поскольку рРНК является структурной единицей рибосомы, которая, в свою очередь, является местом синтеза белка.

РНК-полимераза ΙΙ

1. Этот фермент отвечает за синтез информационной РНК.
2. Он транскрибирует белки, кодирующие гены из ДНК, в подходящие мРНК, которые могут быть дополнительно обработаны для участия в трансляции.
3. Работа этого фермента напрямую влияет на белки, которые должны быть синтезированы, если неправильная транскрипция генов приведет к трансляции дефектных белков, что может оказать серьезное влияние на наш организм.

РНК-полимераза ΙΙΙ

1. Этот фермент отвечает за синтез транспортной РНК.
2. тРНК отвечает за присоединение аминокислот и создание полипептидной цепи в соответствии с кодонами, присутствующими в молекуле мРНК во время синтеза белка.
3. РНК-полимераза является привлекательной мишенью для фармацевтических препаратов из-за ее вездесущей природы и различных функций на протяжении всей жизни клетки. Более того, биохимическая разница в эукариотической и прокариотической РНК-полимеразе позволяет определенным лекарствам нацеливаться только на прокариотические клетки, не мешая нашим собственным клеткам.
4. Благодаря достижениям в области молекулярных исследований и молекулярных методов активность РНК-полимеразы может быть изменена путем модификации их субъединиц или общих факторов транскрипции для синтеза необходимой РНК.