La polimerasa de ARN del ( RNAP o RNApol ) es una enzima que hace una copia del ARN de una plantilla de la DNA o del ARN. En las células RNAP es necesario para construir cadenas del ARN de los genes de la DNA una transcripción llamada de proceso . Las enzimas de la polimerasa de ARN son esenciales para la vida y se encuentran en todos los organismos y muchos virus en términos químicos, RNAP son una nucleotidil que el polimeriza los ribonucleótidos del en extremo de 3 ' de una transcripción del ARN.
Historia
RNAP fue descubierto independiente por el Sam Weiss y el Jerard Hurwitz en el 1960 . El Premio Nobel 1959 Del en medicina había sido concedido para entonces al Severo Ochoa y Arturo Kornberg para el descubrimiento de qué fue creída para ser RNAP, sino que por el contrario resultado ser una ribonucleasa .El Premio Nobel 2006 En química fue concedido al Rogelio Kornberg para crear imágenes moleculares detalladas de la polimerasa de ARN durante las varias etapas del proceso de la transcripción.
Control de la transcripción
El control del proceso de la transcripción del gene afecta a patrones de la expresión de gene y de tal modo permite que una célula se adapte a un ambiente cambiante, realice papeles especializados dentro de un organismo, y mantenga los procesos metabólicos básicos necesarios para la supervivencia. Por lo tanto, es apenas asombrosamente que la actividad de RNAP es complejo y regulado alto. En las bacterias de Escherichia Coli, se han identificado más de 100 factores que modifican la actividad de RNAP.
RNAP puede iniciar la transcripción en las secuencias específicas de la DNA conocidas como promotores que entonces produce una cadena del ARN que sea el complementario al filamento de la DNA de la plantilla. El proceso de agregar los nucleótidos al filamento del ARN se conoce como alargamiento; En eucariotas, RNAP puede construir cadenas mientras 2.4 millones de nucleósidos (el integral del gene de Dystrophin ). RNAP lanzará preferencial su transcripción del ARN en las secuencias específicas de la DNA codificadas en el extremo de los genes conocidos como adaptadores .
Los productos de RNAP incluyen:
&mdash del ARN de mensajero (mRNA); plantilla para la síntesis de las proteínas por los ribosomas
ARN de la No-codificación o " Genes" del ARN; — una clase amplia de genes que codifican el ARN que no se traduce a la proteína. Los ejemplos más prominentes de los genes del ARN son el ARN (tRNA) de la transferencia y el ARN Ribosomal (rRNA), que están implicados en curso de traducción. Sin embargo, desde los últimos años 90, se han encontrado muchos nuevos genes del ARN, y los genes del ARN pueden desempeñar así un papel mucho más significativo que pensaron previamente. &mdash del ARN (tRNA) de la transferencia; transfiere los aminoácidos específicos a las cadenas growing del polipéptido en el sitio ribosomal de la síntesis de la proteína durante la traducción
&mdash Ribosomal del ARN (rRNA); un componente de ribosomas
&mdash micro del ARN ; regula actividad de gene
&mdash catalítico del ARN ( Ribozyme ); moléculas activas del ARN enzimático
RNAP logra la síntesis de '' de novo ''. Puede hacer esto porque las interacciones específicas con el nucleótido de iniciación sostienen RNAP rígido in place, facilitando ataque químico contra el nucleótido entrante. Tales interacciones específicas explican porqué RNAP prefiere comenzar transcripciones con el ATP (seguido por GTP, UTP, y entonces el CTP). En contraste con la polimerasa de DNA, RNAP incluye la actividad de Helicase, por lo tanto no hay enzima separada necesaria desenrollar la DNA.
Acción de la polimerasa de ARN
El atar e iniciación
El atascamiento de la polimerasa de ARN implica la subunidad del α que reconoce el elemento por aguas arriba (- 40 a -70 pares bajos) en la DNA, tan bien como el factor del σ que reconoce la región -10 a -35. Hay los factores numerosos del σ que regulan la expresión de gene. Por ejemplo, σ70 se expresa bajo condiciones normales y permite RNAP que ata a los genes de la economía doméstica, mientras que σ32 saca el atascamiento de RNAP calor-da una sacudida eléctrica genes.Después de atar a la DNA, la polimerasa de ARN cambia de un complejo cerrado a un complejo abierto. Este cambio implica la separación de los filamentos de la DNA para formar una sección desenrollada de la DNA de aproximadamente 13bp. Los ribonucleótidos base-se aparean al filamento de la DNA de la plantilla, según interacciones de base-apareamiento de la Watson-Tortícolis. El Supercoiling juega a partes importantes en actividad de la polimerasa debido a desenrollar y rebobinar de la DNA. Porque las regiones de DNA delante de RNAP se desenrollan, hay supercoils positivos compensatorios. Las regiones detrás de RNAP se rebobinan y los supercoils negativos están presentes.
Alargamiento
El alargamiento de la transcripción implica la adición posterior de ribonucleótidos y el cambio del complejo abierto al complejo transcriptivo. RNAP no puede comenzar a formar transcripciones integrales debido a su atascamiento fuerte al promotor. La transcripción da lugar en esta etapa sobre todo a los fragmentos cortos del ARN del punto de ebullición alrededor 9 en un proceso conocido como transcripción abortiva. Una vez que el RNAP comienza a formar transcripciones más largas despeja a promotor. A este punto, se interrumpe la región del promotor -10 a -35, y el factor del σ baja de RNAP. Esto permite que el resto del complejo de RNAP se mueva adelante, como el factor del σ llevó a cabo el complejo de RNAP in place.El complejo transcriptivo de 17 puntos de ebullición tiene 8 un híbrido del punto de ebullición DNA-RNA, es decir, 8 base-pares implican la transcripción del ARN limitada al filamento de la plantilla de la DNA. Mientras que progresa la transcripción, los ribonucleótidos se agregan el ' extremo a los 3 de la transcripción del ARN y el complejo de RNAP se mueve a lo largo de la DNA. Aunque RNAP no parezca tener la ' actividad del exonuclease los 3 que caracteriza el que corrige la actividad de encontrada en polimerasa de DNA, hay evidencia que de eso RNAP parará en los base-pares unidos mal y la corregirá.
La adición de ribonucleótidos a la transcripción del ARN tiene un mecanismo muy similar a la polimerización de la DNA - se cree que estas polimerasas son evolutionarily relacionadas. Los residuos de Aspartyl ( ASP ) en el RNAP se sostendrán sobre los iones de Mg2+, que alternadamente coordinarán los fosfatos de los ribonucleótidos. El primer Mg2+ se sostendrá sobre el α-fosfato del NTP que se agregará. Esto permite el ataque nucleofílico de los 3 ' OH de la transcripción del ARN, agregando un NTP adicional a la cadena. El segundo Mg2+ se sostendrá sobre el pirofosfato del NTP. La ecuación total de la reacción es:
(NMP) N + NTP --> (NMP) n+1 + PPi
Terminación
La terminación de la transcripción del ARN puede ser rho-independiente o rho-dependiente:
la terminación de la transcripción de la Rho-independiente del es la terminación de la transcripción sin la ayuda de la proteína de rho . La transcripción de una región palindrómica de DNA causa la formación de una estructura de la horquilla del de la transcripción del ARN que coloca y que ata sobre sí mismo. Esta estructura de la horquilla es a menudo rica en los base-pares de la CROMATOGRAFÍA GASEOSA, haciéndola más estable que el híbrido sí mismo de DNA-RNA. Consecuentemente, el híbrido de 8bp DNA-RNA en el complejo de la transcripción cambia de puesto a un híbrido 4bp. Coincidente, estos 4 base-pares pasados son base-pares débiles del A-U, y la transcripción entera del ARN se caerá.
Polimerasa de ARN en bacterias
En las bacterias, la misma enzima cataliza la síntesis MRNA y NcRNA . RNAP es una molécula relativamente grande. La enzima de base tiene 5 subunidades (kDa de ~400 ):
α2: las dos subunidades del α montan la enzima y reconocen factores reguladores. Cada subunidad tiene dos dominios: el αCTD (dominio del C-Terminal) ata el elemento ASCENDENTE del promotor extendido, y el αNTD (dominio del N-terminal) ata el resto de la polimerasa.
β : esto tiene la actividad de la polimerasa (cataliza la síntesis del ARN) que incluye la iniciación y el alargamiento de cadena.
lazos de β': a la DNA (nonspecifically).
ω: los restablecimientos desnaturalizaron la polimerasa de ARN a su forma funcional in vitro. Se ha observado para ofrecer una función protectora/del chaperone a la subunidad del β' en el Mycobacterium smegmatis . Ahora sabido para promover a asamblea.
Para atar regiones promotor-específicas, la enzima de base requiere otra subunidad, sigma (σ). El factor de sigma reduce grandemente la afinidad de RNAP para la DNA no específica mientras que aumenta la especificidad para ciertas regiones del promotor, dependiendo del factor de sigma. Esa manera, transcripción se inicia en la región correcta. El completo Holoenzyme por lo tanto tiene 6 subunidades: α2ββ'σω (kDa ~480). La estructura de RNAP exhibe un surco con una longitud de 55 Å (5.5 nanómetro ) y un diámetro de 25 Å (2. Este surco cabe bien el filamento doble de 20 Å (2 nanómetro) de la DNA. La longitud de 55 Å (5.5 nanómetro) puede aceptar 16 nucleótidos
Cuando la polimerasa de ARN parada ata a la afinidad baja localiza para permitir el intercambio rápido para un sitio activo del promotor cuando uno se abre. El holoenzyme de la polimerasa de ARN, por lo tanto, no flota libremente alrededor en la célula cuando es parado.
Cofactores transcriptivos
Hay un número de proteínas que pueden atar a RNAP y modifican su comportamiento. Por ejemplo, el greA y el greB del Escherichia Coli pueden realzar la capacidad de RNAP de hender la plantilla del ARN cerca del extremo growing de la cadena. Esta hendidura puede rescatar una molécula atascada de la polimerasa, y está implicada probablemente en corregir las equivocaciones ocasionales incurridas en por RNAP. Un cofactor separado, microfaradio, está implicado en la reparación Transcripción-juntada, el proceso en el cual RNAP reconoce bases dañadas en la plantilla de la DNA y recluta las enzimas para restaurar la DNA. Otros cofactores se saben para desempeñar papeles reguladores, es decir ayudan a RNAP para elegir independientemente de si expresar ciertos genes.
Polimerasa de ARN en eucariotas
Los eucariotas tienen varios tipos de RNAP, caracterizados por el tipo de ARN que sintetizan:La polimerasa de ARN I sintetiza un pre- RRNA 45S, que se madura en los rRNAs 28S, 18S y 5.8S que formarán las secciones principales del ARN del ribosoma .
La polimerasa de ARN II sintetiza precursores MRNAs y la mayoría SnRNA y el MicroRNAs esto es el tipo estudiado, y debido al de alto nivel del control requerido sobre la transcripción una gama de los factores de la transcripción se requiere para su atascamiento a los promotores.
La polimerasa de ARN III sintetiza el RRNA 5S de TRNAs y el otro pequeño RNAs encontrado en el núcleo y el Cytosol .
Hay la otra polimerasa de ARN mecanografía adentro las mitocondrias y los cloroplastos
Polimerasa de ARN en archaea
El Archaea tiene un solo RNAP que sea estrechamente vinculado a las tres polimerasas eucarióticas principales. Así, se ha especulado que la polimerasa archaeal se asemeja al antepasado de las polimerasas eucarióticas especializadas.
Polimerasa de ARN en virus
Muchos virus también codifican para RNAP. Quizás el RNAP viral lo más extensamente posible estudiado se encuentra en el bacteriófago T7. Esta solo-subunidad RNAP se relaciona con ésa encontrada en mitocondrias y los cloroplastos, y homología de las partes considerable a la polimerasa de DNA . Se cree que la mayoría de las polimerasas virales por lo tanto desarrolladas de la polimerasa de DNA y no se relaciona directo con las polimerasas de la multi-subunidad descritas arriba.Las polimerasas virales son diversas, e incluyen algunas formas que puedan utilizar el ARN como plantilla en vez de la DNA. Esto ocurre en los virus negativos del ARN del filamento y los virus del dsRNA, que existen para una porción de su ciclo vital como ARN double-stranded. Sin embargo, algunos virus positivos del ARN del filamento, tal como poliomielitis, también contienen estas polimerasas de ARN dependientes del ARN
Dominios funcionales
dominio del C-terminal de la polimerasa de ARN
Iniciación de la transcripción
El dominio carboxitrminal (CTD) de la polimerasa de ARN II es esa porción de la polimerasa que está implicada en la iniciación de la transcripción de la DNA. El CTD consiste en típicamente hasta 52 repeticiones de la secuencia Tyr-Ser-Favorable-Thr-Ser-Favorable-Ser. El factor TFIIH de la transcripción es una cinasa y hyperphosphorylate el CTD de RNAP, y al hacer eso, las causas el complejo de RNAP se moverá lejos del sitio de la iniciación.
5 ' que capsulan
El dominio carboxitrminal es también el punto de enlace del complejo de casquillo-sintetización y casquillo-obligatorio. En eucariotas, después de la transcripción del fosfato de los 5 el ' extremo de una transcripción del ARN, el complejo de casquillo-sintetización en el CTD quitará el gamma-fosfato 5 ' y atará un GMP, formando 5 ', ' - acoplamiento del trifosfato 5. El complejo de sintetización se cae y el casquillo después ata al complejo casquillo-obligatorio (CBC), que está limitado al CTD.El ' casquillo los 5 de las transcripciones eucarióticas del ARN es importante para el atascamiento de la transcripción del ARN para el ribosoma durante la traducción, para el CTD de RNAP, y previene la degradación del ARN.
Spliceosome
El dominio carboxitrminal es también el punto de enlace para los factores de Spliceosome que son parte de ARN que empalma . Éstos permiten empalmar y el retiro de intrones (bajo la forma de estructura del lazo) durante la transcripción del ARN.
Mutación en el CTD
Se han realizado los estudios del comandante en los cuales el golpe de gracia de los aminoácidos particulares fue alcanzado en el CTD. Los resultados indican que las mutaciones del truncamiento de la polimerasa de ARN II CTD afectan a la capacidad de inducir la transcripción de un subconjunto del in vivo de los genes, y la carencia de la respuesta a la inducción traza a las secuencias que activan por aguas arriba de estos genes.
Purificación de la polimerasa de ARN
La polimerasa de ARN se puede aislar de las maneras siguientes:Por una columna de Phosphocellulose.
Por la centrifugación del gradiente del glicerol.
Por una columna de la DNA.
Por una columna de intercambio iónico .
Y también combinaciones de las técnicas antedichas.
Ver también
Polimerasa de DNAPolimerasa de ARN T7
Alfa-amanitin
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