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RNA-polymerase
RNA-Polymerase
RNA-Polymerase
Identifizierung
alt. NameDNA-gerichtete RNA-Polymerase
EG-Nummer2.7.7.6
CAS-Nummer9014-24-8
Datenbanken
IntEnzIntEnz-Ansicht
BRENDABRENDA-Eintrag
ExPASyNiceZyme-Ansicht
KEGGKEGG-Eintrag
MetaCycStoffwechselweg
PDB-Codes
RCSB PDB, PDBe,
PDBsum
Portal  Portalsymbol  Biologie

RNA-Polymerase oder DNA-abhängige RNA-Polymerase ist ein Enzym aktiv bei der Transkription. RNA-Polymerase, im Gegensatz zu DNA-Polymerase, ein eigenes Helicase-Aktivität: es wickelt einen Teil der doppelsträngigen DNA ab (ca. 17 Basenpaare). Im Gegensatz zur DNA-Polymerase hat es keine Grundierung notwendig, wird hier der Transkriptionsstart durch die Anwesenheit einer Promotorsequenz gesteuert.

Es paart sich an einem bestimmten Ort (der Promoter) zu einer DNA- oder RNAKette und faltet sich darum. Anschließend wickelt es die DNA oder RNA ab und entpackt sozusagen die Doppelhelix. Dadurch wird ein Stück in einzelsträngiger Form temporär anderen aktiven Komponenten des Enzyms zugänglich Nukleotide (Basen), um die . zu bilden RNAeng verbunden. Welches Nukleotid dies sein wird, wird immer durch das entgegengesetzte DNA- oder RNA-Nukleotid bestimmt. Die DNA oder RNA fungiert somit als „Templat“ (man spricht von einer Matrize). Die RNA-Polymerase bewegt sich in der sogenannten 3' → 5'-Richtung durch die DNA oder RNA und synthetisiert die neue RNA-Kette in der 5' → 3'-Richtung. Gleichzeitig wird die RNA auf der Rückseite wieder von der DNA bzw. RNA getrennt. Wenn das Ganze Gen kopiert, löst sich die RNA-Polymerase von der DNA oder RNA und weist auch die neue RNA-Kette ab. Escherichia coli etwa 50 Nukleotide werden pro Sekunde an den RNA-Strang angehängt. Dies macht den RNA-Strang 17 Worte Nanometer pro Sekunde länger.

Typen

In Eukaryoten sind drei Typen von RNA-Polymerasen bekannt, jede mit ihrer eigenen Funktion.

  • RNA-Polymerase I, die an der Herstellung vonrRNA (45S wird in 18S umgewandelt; 5,8S; 28S). Darüber hinaus ist dieses Enzym an der Produktion vieler snRNA's (sn steht für das englische Small Nuclear) im Kern. Es kommt im Zellkern vor (Nukleolus). Die 14 Untereinheiten werden durch RPA gefolgt von einer Nummer identifiziert.
  • RNA-Polymerase II, die an der Produktion der meisten beteiligt ist mRNAs. Es tritt in der Kern. Die 10 - 12 Untereinheiten werden mit RPB gefolgt von einer Nummer bezeichnet.
  • RNA-Polymerase III, die an der Herstellung von tRNA, siRNA und 5S-rRNA. Es tritt in der Kern. Die 17 Untereinheiten werden durch RPC identifiziert, gefolgt von einer Nummer....
  • RNA-Polymerase IV, die an der Herstellung von kleine störende RNA (siRNA) in Pflanzen. Die 12 Untereinheiten werden durch RPD gefolgt von einer Nummer identifiziert.
  • RNA-Polymerase V, das an der siRNA direkt beteiligt ist de novoMethylierung bei Pflanzen. Die 12 Untereinheiten werden durch RPE gefolgt von einer Nummer identifiziert.

RNA-Polymerase IV und RNA-Polymerase V sind Derivate der RNA-Polymerase II. Die 12 Untereinheiten werden durch RPE gefolgt von einer Nummer identifiziert.

DEAE-Sephadex (Diethylaminoethylcellulose; Aethyl Ionenaustauscherharz) Bei der Ionenaustauschchromatographie. Diese Technik trennt sie in der Reihenfolge der Extraktion Ι, ΙΙ und ΙΙΙ durch die Konzentration von Ammoniumsulfat erhöhen, ansteigen. Die Enzyme wurden nach der Extraktionsreihenfolge RNA-Polymerase I, RNA-Polymerase II und RNA-Polymerase III benannt.[1]

Komposition

Die RNA-Polymerasen sind sehr komplex. Biene Hefe gibt es anders PolypeptidKetten mit a molekulare Masse, das zwischen 7700 und 140.000 . liegt atomare Masseneinheiten gelegen, beteiligt. Darüber hinaus gibt es auch Magnesium, Zink und zwei DNA-Ketten beteiligt. Diese Hefe-RNA-Polymerase besteht aus mehr als 28.000 Atome.

Fehlererkennung

RNA-Polymerasen haben einen einfachen Fehlererkennungsmechanismus. Wenn ein falsches RNA-Nukleotid an einen DNA-Strang bindet, bleibt die RNA-Polymerase länger an der entsprechenden DNA-Stelle stationär. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass das falsche RNA-Nukleotid erneut aus der DNA freigesetzt wird und die Fehlerrate beträgt 1 zu 10.000 Basen. Dies entspricht etwa 1 Fehler pro synthetisiertem RNA-Molekül.

Bestimmung des Typs der RNA-Polymerase

Alpha-Amanitin Aufgrund seines Wirkmechanismus wird es auch häufig als „Werkzeug“ in wissenschaftlichen Studien in der Molekularbiologie und biologischen Forschung verwendet. Es kann verwendet werden, um zu bestimmen, welche Formen von RNA-Polymerase vorhanden sind. Anschließend wird die Sensitivität der RNA-Polymerase in Gegenwart von alpha-Amanitin getestet. RNA-Polymerase I ist unempfindlich, RNA-Polymerase II sehr sensibel und RNA-Polymerase III ist etwas empfindlich gegenüber Alpha-Amanitin.[2]

RNA-Polymerase-Transkriptionszyklus

Schema der Transkription
Transkription
Übergang von Initiation zu Elongation

Bei der Transkription werden drei Hauptstadien unterschieden:

  1. Initiation: die Bindung des RNA-Polymerase-Komplexes an die Promoter der Gene mit Transkriptionsfaktoren.
  2. Elongation: Die tatsächliche Transkription der meisten Gene in der entsprechenden RNA-Sequenz.
  3. Termination: Stoppen der RNA-Transkription und Abbau des RNA-Polymerase-Komplexes.

Einleitung

In Bakterien ist die Bindung der RNA-Polymerase Sigma-Faktor beteiligt an der Anerkennung der Core-Promoter-Site das die Elemente -35 und -10 enthält (Querformat vor dem der Anfang der zu transkribierenden Sequenz) und bei einigen Promotoren auch die α-Untereinheit-C-terminal-Proteinmotiv, die der Promotor Upstream-Elemente erkennt. Dies sind mehrere austauschbare Sigma-Faktoren, von denen jeder einen bestimmten Satz von Promotoren erkennt. Zum Beispiel in Escherichia coli kommt unter normalen Bedingungen σσ70 und erkennt die Promotoren für die beteiligten Gene ("Haushaltsgene"), während σ32 Promotoren erkennen Gene, die bei hohen Temperaturen exprimiert werden ("Hitzeschock-Gene").

Nachdem die RNA-Polymerase an die DNA gebunden ist, geht die RNA-Polymerase von einer geschlossenen in eine offene Form über. Dies trennt die DNA-Stränge teilweise, etwa 13 Basenpaare. Ribonukleotide binden über die Watson-Crick-Basenpaar-Bindungswechselwirkungen an den DNA-Strang. Da die DNA-Stellen für die RNA-Polymerase abgewickelt werden, muss an einer anderen Stelle ein stärkeres Coiling (Supercoiling) erfolgen. Spots hinter der RNA-Polymerase haben eine stärkere Bindung in die entgegengesetzte Richtung.

Der Kontakt der RNA-Polymerase mit der Promotorstelle begrenzt die Fähigkeit des Enzyms, die DNA stromabwärts zu kontaktieren. Wenn die offene Form stabilisiert ist, erzeugt die RNA-Polymerase daher einen RNA-Strang am aktiven Zentrum für einen DNA-RNA-Heteroduplex (~8-9 Basenpaare), wodurch der Elongationskomplex stabilisiert wird.

Um den RNA-Strang fertigzustellen, muss die RNA-Polymerase den Kontakt mit der Promotorstelle aufrechterhalten, während die DNA weiter stromabwärts abgewickelt wird. Während des Übergangs zur Promotorfreisetzung wird die RNA-Polymerase gestresst. Sobald der DNA-RNA-Heteroduplex lang genug ist, löst sich die RNA-Polymerase von den stromaufwärts gelegenen Kontakten und die RNA-Polymerase tritt in die Elongationsphase ein.

Wenn pausiert Transkriptionskomplex es gibt zwei möglichkeiten:

  • Stoppen Sie das Transkript in der Herstellung und starten Sie eine neue Transkription an der Promotorstelle. Dies wird als geordnete Transkription bezeichnet. Ein RNA-Strang mit 3-8 Basenpaaren wird gebildet.
  • Herstellen einer neuen 3'-OH-Bindung am aktiven Zentrum des entstehenden Transkripts durch katalytisch Aktivität und transkribieren die DNA weiter, ohne dass sich die RNA-Polymerase bewegt, sondern indem die DNA zu sich selbst gezogen wird (Scruning). Ein RNA-Strang von mehr als 10 Basenpaaren wird hergestellt.

Verlängerung

Während der weiteren Transkription verwandelt sich der offene Komplex in den Transkriptionskomplex. In dem Moment, in dem die RNA-Polymerase beginnt, längere RNA-Stränge herzustellen, löst sie sich vom Promotor, der Kontakt mit den -10- und -35-Elementen wird unterbrochen und in Bakterien stoppt der σ-Faktor die RNA-Polymerase an ihrem Platz. Eine neue 3'-OH-Verbindung wird am aktiven Zentrum des entstehenden Transkripts durch katalytisch Aktivität.

Aspartylrückstände (asp) der RNA-Polymerase binden an das Mg2 Ionen, die wiederum die Phosphate der Ribonukleotide Koordinate. Das erste Mg2 -ion ​​bindet an das α-Phosphat der Zugabe Nukleosidtriphosphat (NTP). Infolgedessen ist die nukleophil ermöglicht die Bindung an das 3'-OH des RNA-Transkripts und ein Nukleosidtriphosphat wird wieder an den RNA-Strang angefügt. Das zweite Mg2 -ion ​​bindet an die Pyrophosphat des Nukleosidtriphosphats. Die Nettoreaktionsgleichung lautet:

(NMP)nein NTP --> (NMP)n 1 PPich (NMP = Nukleosidmonophosphat, NTP = Nukleosidtriphosphat und PPich = die Anion-Partikel von Pyrophosphat)

Reaktion bei mRNA

Die Verlängerung der mRNA bis zum Transkription des verknüpften DNA-Einzelstrangs katalysiert durch die RNA-Polymerase II. In diesem Beispiel a RibuloseMolekül, das bereits Teil der mRNA ist und dieRNA uracil-Nukleotid UTP (Uridintriphosphat):

RNA(s)UTP → RNA(n 1) PPich

Das Phosphatgruppe der UTP wird mit dem angezeigt Hydroxylgruppe der Ribulose der mRNA verestert. Das RNA-Molekül wird durch Spaltung von Pyrophosphat (PPich).

Beendigung

RNA-Polymerase III stoppt die Transkription an einem kleinen polyTs (polythymine)-Anteil (5-6 Basenpaare). Biene mRNA erstellt von RNA-Polymerase II findet nach Beendigung Polyadenylierung Platz.

Prokaryoten

Haarnadelstruktur in einem rho-unabhängigen Transkriptionsterminator

Im Prokaryoten ist die Termination des RNA-Transkripts rho-unabhängig oder rho-abhängig.

Das rhofactor (ρ-Faktor) ist ein Protein, das an die Transkriptionsterminator-Pausenstelle bindet. Diese Stelle ist eine einzelsträngige RNA, die 72 Nukleotide lang ist und hinter der offener Leserahmen Lügen. Es handelt sich um eine C-reiche/G-arme (cytosinreiche/guaninarme) Sequenz ohne Sekundärstruktur.[3]

Bei der rho-unabhängige Transkriptionstermination stoppt die Transkription ohne die Hilfe des Rho-Proteins. Transkription von a palindrom Die DNA-Region stellt eine Haarnadelstruktur der RNA-Transkriptionsschleife bereit und bindet an sich selbst. Die Haarnadelstruktur ist oft reich an G-C-Basenpaaren (bp), was sie stabiler macht als das DNA-RNA-Hybrid. Das Ergebnis ist, dass das 8-bp-DNA-RNA-Hybrid des Transkriptionskomplexes in ein 4-bp-Hybrid übergeht. Dieses 4bp-Hybrid hat eine schwache A-U-Basenpaarung (Adenin-Uracil), wodurch sich das vollständige RNA-Transkript von der DNA ablöst.

Höhere Eukaryoten

Bei höheren Eukaryoten bindet und biegt die Transkriptionsterminationsfaktor RNA-Polymerase I (TTF-I) die Terminationsstelle am 3'-Ende der transkribierten Region. Dies zwingt die RNA-Polymerase I zu einer Pause. TTF-I sorgt mit Hilfe der Polymerase-I und Transkriptionsfreisetzungsfaktor (PTRF) und eine T-reiche Region für RNA-Polymerase I, um die Transkription und Freisetzung von der DNA und der neu transkribierten Sequenz zu stoppen.

Externer Link

Siehe auch