RNA POLYMERASE: โครงสร้างฟังก์ชันโปรคาริโอตยูคาริโอต - ชีววิทยา - 2025

โพลิเมอร์อาร์เอ็นเอเป็นเอนไซม์ที่ซับซ้อนที่รับผิดชอบในการไกล่เกลี่ยของพอลิเมอโมเลกุล RNA จากลำดับดีเอ็นเอที่ใช้เป็น แม่แบบ กระบวนการนี้เป็นขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีนและเรียกว่าการถอดความ RNA polymerase จับกับ DNA ในบริเวณเฉพาะที่เรียกว่าโปรโมเตอร์

เอนไซม์นี้และกระบวนการถอดความโดยทั่วไปมีความซับซ้อนในยูคาริโอตมากกว่าในโปรคาริโอต ยูคาริโอตมีโพลีเมอเรส RNA หลายตัวที่เชี่ยวชาญในยีนบางประเภทตรงกันข้ามกับโปรคาริโอตที่ยีนทั้งหมดถูกถอดความโดยโพลีเมอเรสคลาสเดียว

โครงสร้างของ RNA polymerase ในการทำงาน
ที่มา: I, Splette

ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นภายในเชื้อสายยูคาริโอตในองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับการถอดความน่าจะเกี่ยวข้องกับระบบการควบคุมยีนที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งเป็นเรื่องปกติของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ในอาร์เคียการถอดความคล้ายกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในยูคาริโอตแม้ว่าจะมีโพลีเมอเรสเพียงตัวเดียวก็ตาม

Polymerases ไม่ได้ทำคนเดียว เพื่อให้กระบวนการถอดความเริ่มต้นอย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีโปรตีนเชิงซ้อนที่เรียกว่าปัจจัยการถอดความ

โครงสร้าง

RNA polymerase ที่โดดเด่นที่สุดคือ polymerases ของแบคทีเรีย ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์หลายสาย เอนไซม์มีหน่วยย่อยหลายหน่วยโดยมีรายการเป็นα, β, β ′และσ แสดงให้เห็นว่าหน่วยย่อยสุดท้ายนี้ไม่ได้มีส่วนร่วมโดยตรงในการเร่งปฏิกิริยา แต่เกี่ยวข้องกับการจับกับดีเอ็นเอโดยเฉพาะ

ในความเป็นจริงถ้าเราลบหน่วยย่อยσออกไปโพลีเมอเรสก็ยังสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องได้ แต่จะทำในพื้นที่ที่ไม่ถูกต้อง

หน่วยย่อยαมีมวล 40,000 ดาลตันและมีสองตัว จากหน่วยย่อยβและβ ′มีเพียง 1 หน่วยและมีมวล 155,000 และ 160,000 ดาลตันตามลำดับ

โครงสร้างทั้งสามนี้อยู่ในนิวเคลียสของเอนไซม์ในขณะที่หน่วยย่อยσอยู่ไกลออกไปและเรียกว่าซิกมาแฟกเตอร์ เอนไซม์ที่สมบูรณ์หรือโฮโลเอ็นไซม์มีน้ำหนักรวมใกล้เคียงกับ 480,000 ดาลตัน

โครงสร้างของ RNA polymerase นั้นแปรผันได้มากและขึ้นอยู่กับกลุ่มที่ศึกษา อย่างไรก็ตามในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ทั้งหมดเป็นเอนไซม์ที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยหลายหน่วย

คุณสมบัติ

หน้าที่ของ RNA polymerase คือการเกิดพอลิเมอไรเซชันของนิวคลีโอไทด์ของสายโซ่ RNA ที่สร้างจากแม่แบบดีเอ็นเอ

ข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสร้างและพัฒนาสิ่งมีชีวิตเขียนไว้ใน DNA ของมัน อย่างไรก็ตามข้อมูลไม่ได้แปลโดยตรงเป็นโปรตีน ขั้นตอนกลางของโมเลกุล RNA ของผู้ส่งสารเป็นสิ่งที่จำเป็น

การเปลี่ยนแปลงของภาษาจาก DNA เป็น RNA นี้ถูกสื่อกลางโดย RNA polymerase และปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการถอดความ กระบวนการนี้คล้ายกับการจำลองแบบดีเอ็นเอ

ในโปรคาริโอต

โปรคาริโอตเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวโดยไม่มีนิวเคลียสที่กำหนด ในบรรดาโปรคาริโอตทั้งหมดสิ่งมีชีวิตที่มีการศึกษามากที่สุดคือเอสเชอริเชียโคไล แบคทีเรียชนิดนี้เป็นสัตว์ที่อาศัยอยู่ตามปกติของไมโครไบโอต้าของเราและเป็นต้นแบบที่เหมาะสำหรับนักพันธุศาสตร์

RNA polymerase ถูกแยกออกจากสิ่งมีชีวิตนี้เป็นครั้งแรกและการศึกษาการถอดความส่วนใหญ่ดำเนินการใน E. coli ในเซลล์เดียวของแบคทีเรียนี้เราสามารถพบโมเลกุลของโพลีเมอเรสได้มากถึง 7000 โมเลกุล

ซึ่งแตกต่างจากยูคาริโอตที่มี RNA polymerases สามประเภทในโปรคาริโอตยีนทั้งหมดจะถูกประมวลผลโดยโพลีเมอเรสชนิดเดียว

ในยูคาริโอต

ยีนคืออะไร?

ยูคาริโอตเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีนิวเคลียสคั่นด้วยเมมเบรนและมีออร์แกเนลล์ที่แตกต่างกัน เซลล์ยูคาริโอตมีลักษณะเป็น polymerases นิวเคลียร์ RNA สามประเภทและแต่ละประเภทมีหน้าที่ในการถอดความของยีนโดยเฉพาะ

"ยีน" ไม่ใช่คำที่ง่ายที่จะกำหนด โดยปกติแล้วเราจะใช้เรียกลำดับดีเอ็นเอใด ๆ ที่แปลเป็นโปรตีนว่า "ยีน" ในที่สุด แม้ว่าข้อความก่อนหน้านี้จะเป็นความจริง แต่ก็มียีนที่ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือ RNA (ไม่ใช่โปรตีน) หรือเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออก

โพลีเมอเรสมีสามประเภทกำหนดเป็น I, II และ III เราจะอธิบายการทำงานของมันด้านล่าง:

RNA พอลิเมอเรส II

ยีนที่เป็นรหัสสำหรับโปรตีน - และเกี่ยวข้องกับ Messenger RNA - ถูกถ่ายทอดโดย RNA polymerase II เนื่องจากความเกี่ยวข้องในการสังเคราะห์โปรตีนจึงเป็นโพลีเมอเรสที่นักวิจัยศึกษามากที่สุด

ปัจจัยการถอดความ

เอนไซม์เหล่านี้ไม่สามารถกำกับกระบวนการถอดความได้ด้วยตัวเองพวกเขาต้องการโปรตีนที่เรียกว่าปัจจัยการถอดความ ปัจจัยการถอดเสียงสามารถแยกแยะได้สองประเภท: ทั่วไปและเพิ่มเติม

กลุ่มแรกประกอบด้วยโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการถอดความของผู้ก่อการทั้งหมดของ polymerases II สิ่งเหล่านี้ถือเป็นกลไกพื้นฐานของการถอดความ

ในระบบหลอดทดลองพบปัจจัยทั่วไป 5 ประการที่ขาดไม่ได้สำหรับการเริ่มต้นการถอดเสียงโดย RNA polymerase II ผู้ก่อการเหล่านี้มีลำดับความเห็นพ้องที่เรียกว่า "TATA box"

ขั้นตอนแรกในการถอดความเกี่ยวข้องกับการผูกปัจจัยที่เรียกว่า TFIID เข้ากับกล่อง TATA โปรตีนนี้เป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีหน่วยย่อยหลายหน่วยรวมถึงกล่องผูกเฉพาะ นอกจากนี้ยังประกอบด้วยเปปไทด์โหลที่เรียกว่า TAFs (ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับ TBP)

ปัจจัยที่สามที่เกี่ยวข้องคือ TFIIF หลังจากคัดเลือก polymerase II แล้วปัจจัย TFIIE และ TFIIH เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการถอดเสียง

RNA polymerase I และ III

ไรโบโซมอาร์เอ็นเอเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของไรโบโซม นอกจากไรโบโซมอาร์เอ็นเอแล้วไรโบโซมยังประกอบด้วยโปรตีนและมีหน้าที่ในการแปลโมเลกุลอาร์เอ็นเอของผู้ส่งสารให้เป็นโปรตีน

โอนอาร์เอ็นเอยังมีส่วนร่วมในกระบวนการแปลนี้ซึ่งนำไปสู่กรดอะมิโนที่จะรวมอยู่ในห่วงโซ่โพลีเปปไทด์ที่ขึ้นรูป

RNA เหล่านี้ (ไรโบโซมและการถ่ายโอน) ถูกถ่ายทอดโดย RNA polymerases I และ III RNA polymerase I มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับการถอดความของ ribosomal RNA ที่ใหญ่ที่สุดซึ่งเรียกว่า 28S, 28S และ 5.8S S หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนนั่นคืออัตราการตกตะกอนระหว่างกระบวนการหมุนเหวี่ยง

RNA polymerase III มีหน้าที่ในการถอดความยีนที่เป็นรหัสสำหรับไรโบโซมอาร์เอ็นเอที่เล็กที่สุด (5S)

นอกจากนี้ชุดของ RNA ขนาดเล็ก (โปรดจำไว้ว่า RNA มีหลายประเภทไม่เพียง แต่เป็นสารที่รู้จักกันดีคือไรโบโซมและอาร์เอ็นเอที่ถ่ายโอน) เช่น RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็กจะถูกถอดความโดย RNA polymerase III

ปัจจัยการถอดความ

RNA polymerase I ซึ่งสงวนไว้เฉพาะสำหรับการถอดความของยีนไรโบโซมต้องใช้ปัจจัยการถอดความหลายประการสำหรับกิจกรรมของมัน ยีนที่เข้ารหัสไรโบโซมอาร์เอ็นเอมีตัวส่งเสริมอยู่ประมาณ 150 คู่เบส "ต้นน้ำ" จากไซต์เริ่มต้นการถอดเสียง

ผู้ก่อการได้รับการยอมรับจากปัจจัยการถอดความสองประการ: UBF และ SL1 สิ่งเหล่านี้เชื่อมโยงกับโปรโมเตอร์และรับสมัครโพลีเมอเรส I ซึ่งสร้างคอมเพล็กซ์การเริ่มต้น

ปัจจัยเหล่านี้ประกอบด้วยหน่วยย่อยของโปรตีนหลายหน่วย ในทำนองเดียวกัน TBP ดูเหมือนจะเป็นปัจจัยการถอดความที่ใช้ร่วมกันสำหรับ polymerases ทั้งสามในยูคาริโอต

สำหรับ RNA polymerase III มีการระบุปัจจัยการถอดความ TFIIIA, TFIIIB และ TFIIIC สิ่งเหล่านี้ผูกตามลำดับกับคอมเพล็กซ์การถอดความ

RNA polymerase ในออร์แกเนลล์

ลักษณะเด่นอย่างหนึ่งของยูคาริโอตคือช่องใต้เซลล์ที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีโพลีเมอเรสอาร์เอ็นเอที่แยกจากกันซึ่งชวนให้นึกถึงเอนไซม์นี้ในแบคทีเรีย โพลีเมอเรสเหล่านี้มีการเคลื่อนไหวและถ่ายทอดดีเอ็นเอที่พบในออร์แกเนลล์เหล่านี้

ตามทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกยูคาริโอตมาจากเหตุการณ์ symbiosis ที่แบคทีเรียตัวหนึ่งกลืนกินสิ่งที่เล็กกว่า ข้อเท็จจริงทางวิวัฒนาการที่เกี่ยวข้องนี้อธิบายถึงความคล้ายคลึงกันระหว่าง polymerases ของไมโทคอนเดรียกับโพลีเมอเรสของแบคทีเรีย

ในอาร์เคีย

เช่นเดียวกับในแบคทีเรียในอาร์เคียมีโพลีเมอเรสเพียงชนิดเดียวที่รับผิดชอบในการถอดความยีนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

อย่างไรก็ตามโพลีเมอเรส RNA ของอาร์เคียมีความคล้ายคลึงกับโครงสร้างของโพลีเมอเรสในยูคาริโอต พวกเขานำเสนอกล่อง TATA และปัจจัยการถอดความ TBP และ TFIIB โดยเฉพาะ

โดยทั่วไปกระบวนการถอดความในยูคาริโอตค่อนข้างคล้ายกับที่พบในอาร์เคีย

ความแตกต่างกับ DNA polymerase

การจำลองแบบดีเอ็นเอถูกจัดทำโดยเอนไซม์ที่ซับซ้อนที่เรียกว่า DNA polymerase แม้ว่าเอนไซม์นี้มักจะถูกนำไปเปรียบเทียบกับ RNA polymerase - ทั้งสองเร่งปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอไรเซชันของสายโซ่นิวคลีโอไทด์ในทิศทาง 5 3 ถึง 3 ′ซึ่งแตกต่างกันในหลายประการ

DNA polymerase ต้องการชิ้นส่วนนิวคลีโอไทด์สั้น ๆ เพื่อเริ่มการจำลองแบบของโมเลกุลที่เรียกว่าไพรเมอร์หรือไพรเมอร์ RNA polymerase สามารถเริ่มการสังเคราะห์ de novo และไม่จำเป็นต้องใช้ไพรเมอร์สำหรับกิจกรรมของมัน

DNA polymerase สามารถจับกับไซต์ต่างๆตามโครโมโซมในขณะที่โพลีเมอเรสจะจับกับตัวส่งเสริมยีนเท่านั้น

สำหรับกลไกการพิสูจน์อักษรของเอนไซม์นั้นดีเอ็นเอพอลิเมอเรสนั้นเป็นที่รู้จักกันดีมากซึ่งสามารถแก้ไขนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ถูกต้องซึ่งถูกทำให้เป็นโพลีเมอร์โดยไม่ได้ตั้งใจ

อ้างอิง

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000) เซลล์: วิธีการทางโมเลกุล (ฉบับที่ 2) วอชิงตันดีซี: ASM press
2. Lodish, H. , Berk, A. , Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M. , Scott, MP, … & Matsudaira, P. (2008) อณูชีววิทยาของเซลล์. Macmillan
3. Alberts B, Johnson A, Lewis J และอื่น ๆ (2002) อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์การ์แลนด์
4. เพียร์ซ BA (2552). พันธุศาสตร์: แนวความคิด Panamerican Medical Ed.
5. ลูวินบี. (2518). การแสดงออกของยีน UMI Books on Demand