RNA polimerasi - descrizione, funzione e azione

In ogni cellula, il modo di implementare l'informazione genetica inizia con la trascrizione, cioè con la sintesi di una molecola di RNA basata sulla matrice del DNA. L'RNA polimerasi è il principale enzima attivo in questo processo. È lei che costruisce una catena di ribonucleotidi, necessaria per la sintesi proteica.

Per tutti i rappresentanti della forma cellulare della vita, solo un tipo di RNA polimerasi è caratteristico - dipendente dal DNA. Tuttavia, esiste un enzima in grado di sintetizzare l'acido ribonucleico in base al modello di RNA. Questo tipo di enzima (RNA polimerasi RNA-dipendente) si trova solo nei virus.

Nozioni di base sugli enzimi

Qualsiasi RNA polimerasi è una proteina capace di legarsi a una molecola di acido nucleico e, spostandosi lungo di essa, catalizzare la formazione di un legame fosfodiestere tra ribonucleotidi. Questo processo richiede energia.

I materiali per la sintesi dell'RNA sono i ribofluososidi trifosfati (adenina, guanina, citosina e uracile), che sono selezionati in modo complementare alla sequenza della matrice. Per iniziare a sintetizzare l'RNA, la polimerasi deve essere collegata a una sequenza specifica nel genoma, che è chiamata promotore. Questo sito è un sito di atterraggio per l'enzima.

Qualsiasi trascrizione include un promotore che precede la sequenza di codifica. È allo stadio dell'attaccamento della RNA polimerasi al promotore che l'espressione di determinati geni è regolata. Dipende da quanto l'enzima interagisce con esso, se la trascrizione procederà.

Il ruolo della RNA polimerasi nella trascrizione

Lo scopo principale di questo enzima è sintetizzare una sequenza polinucleotidica basata su una catena matrice. Per ottenere ciò, l'RNA polimerasi ha una varietà di funzioni, tra cui:

• riconoscimento del promotore;
• selezione di nucleotidi nella catena secondo il principio complementare;
• la chiusura di legami fosfodiestere tra nucleotidi;
• svelare una sezione di DNA e tagliare una doppia elica;
• eliminazione degli errori nel circuito sintetizzato.

Le ultime due funzioni sono caratteristiche solo per polimerasi complesse basate sul DNA.

RNA polimerasi

Gli enzimi che sintetizzano l'RNA differiscono non solo dal tipo di matrice su cui lavorano (DNA o RNA), ma anche dalla complessità della struttura. Sulla base di questo criterio, si distinguono 2 gruppi di RNA polimerasi:

• Composto da una subunità - caratteristica di alcuni fagi, così come per i mitocondri e i cloroplasti degli eucarioti. Nell'ultimo caso, la subunità singola sono solo quelle polimerasi che sono codificate dal piccolo DNA nucleare e non dagli stessi organelli.
• Comprese diverse subunità.

Le semplici polimerasi non richiedono la partecipazione di elementi regolatori e funzionano su piccoli genomi. La funzionalità delle polimerasi complesse è molto più ampia. Ogni subunità nella composizione dell'enzima svolge il suo compito.

Tutte le RNA polimerasi hanno un comune principio di azione, ma differiscono nella struttura e nelle condizioni di funzionamento, che non sono le stesse in diversi taxa di organismi viventi. Sulla base di questo, gli enzimi di sintesi dell'RNA sono isolati:

• procarioti (batteri e archaea);
• eucarioti;
• virus.

RNA polimerasi eucariotiche sono classificati separatamente. Questi organismi hanno diversi tipi di enzimi destinati alla sintesi di diversi tipi di RNA.

Procarioti della RNA polimerasi

Nei batteri per tutti i tipi di RNA sono sintetizzati da un tipo di polimerasi. Quest'ultimo è un complesso multi-subunità, in cui ci sono 2 componenti:

• il core-enzima o l'enzima principale sintetizza una catena di RNA, consiste di 5 protomeri (subunità β, β ^` , ω e 2 α);
• la subunità ausiliaria, σ, riconosce il promotore e aiuta la polimerasi a contattarlo, dopo di che viene immediatamente separato.

Il complesso del nucleo e il fattore σ è chiamato un oloenzima.

RNA che sintetizza gli enzimi di una cellula eucariotica

Le RNA polimerasi eucariotiche sono molto più complesse e comprendono più subunità. Tuttavia, il lavoro di questi enzimi richiede un'enorme quantità di fattori proteici. Questi ultimi aiutano le polimerasi a riconoscere e legarsi al promotore (la polimerasi batterica è sufficiente per la subunità sigma) e anche a partecipare ai processi di allungamento e di terminazione.

Esistono tre tipi di polimerasi di RNA eucariotiche: Pol l, Pol ll e Pol lll. Tutti loro sono complessi eteromultimerici complessi con un peso molecolare di 0,5-0,7 Da. La velocità delle polimerasi eucariotiche è di 20 nucleotidi al secondo.

Di tutti i tipi di enzima, solo l'RNA polimerasi II sintetizzerà le molecole che fungono da prototipo per la costruzione di tutte le proteine ​​- l'RNA messaggero.

Meccanismo d'azione enzimatico

L'RNA polimerasi è un enzima chiave in tutte le fasi della trascrizione (inizio, allungamento e cessazione). Al primo stadio, la polimerasi si lega al promotore.

La sintesi della catena di RNA avviene nello stadio di allungamento, durante il quale la polimerasi si muove bruscamente lungo la catena della matrice, catalizzando selettivamente l'aggiunta di nuovi ribonucleotidi (solo le basi azotate che sono complementari alla coppia DNA / RNA sono incluse nella catena, formando legami idrogeno). La catena si estende da 5 a 3 estremità.

L'enzima ha un canale attraverso il quale entrano i fosfati ribonucleotidici, un centro attivo e un canale di uscita del RNA. La chiusura del legame fosfodiestere è ottenuta dall'idrolisi di composti ad alta energia. Questo processo viene eseguito nel centro attivo dell'enzima. Il movimento della RNA polimerasi ha un carattere spasmodico.

Il meccanismo di trascrizione in certe fasi assomiglia al processo di raddoppiamento del materiale genetico (replicazione). Le azioni della DNA polimerasi e della RNA polimerasi sono molto simili, poiché catalizzano la stessa reazione chimica. Tuttavia, nel lavoro di questi enzimi ci sono una serie di differenze significative. Tra questi ci sono:

• L'RNA polimerasi non ha bisogno di primer sotto forma di primer;
• il materiale per la sintesi dell'RNA non è desossiribonucleotidi, ma ribonucleotidi;
• nel processo di spostamento dell'enzima lungo la catena della matrice, l'ibrido viene separato tra la matrice e il prodotto sintetizzato, mentre viene conservato durante la replicazione.

La sintesi dell'RNA si verifica antiparallelamente alla sequenza del modello. Le DNA polimerasi che lavorano sulla loro strada fanno avanzare la doppia elica davanti a sé e separano le catene. Dietro l'enzima, l'RNA sintetizzato viene immediatamente rimosso e la struttura del DNA viene ripristinata.