RNA polymerase
Фермент, синтезирующий РНК на матрице ДНК.
РНК-полимераза (RNAP или RNApol), также известная как ДНК-зависимая РНК-полимераза (DdRP), — это фермент, катализирующий синтез РНК на матрице ДНК. Она необходима для жизни, встречается во всех живых организмах и многих вирусах и отвечает за транскрипцию — процесс копирования ДНК в РНК. Фермент работает, локально расплетая двухцепочечную ДНК и используя одну цепь в качестве матрицы для создания комплементарной цепи РНК. Это расплетание облегчается ферментом хеликазой, но, в отличие от ДНК-полимеразы, РНК-полимераза обладает собственной хеликазной активностью и не требует отдельного фермента для этого этапа. Прежде чем транскрипция может начаться, фактор транскрипции и его ассоциированный медиаторный комплекс должны сначала присоединиться к определенной последовательности ДНК, называемой промоторной областью; только после этого РНК-полимераза может начать расплетание. Во время транскрипции РНК-полимераза не только начинает синтез РНК, но и направляет поступающие нуклеотиды в нужное положение, облегчает их присоединение и элонгацию, а также обладает встроенными способностями к корректуре и замене, а также способностью распознавать последовательности терминации. Продукты РНК-полимеразы включают матричную РНК (мРНК), которая служит матрицей для синтеза белка; транспортную РНК (тРНК), которая доставляет аминокислоты к рибосомам; рибосомную РНК (рРНК), структурный компонент рибосом; микроРНК (миРНК), которая регулирует активность генов; и каталитическую РНК (рибозим), которая функционирует как ферментативно активная молекула. РНК-полимераза встречается во всех доменах жизни. Бактерии и археи обладают одной РНК-полимеразой, тогда как эукариоты имеют несколько ядерных типов, каждый из которых отвечает за определенный поднабор РНК. Основная структура бактериальной РНК-полимеразы, как видно у E. coli, состоит из пяти субъединиц (две альфа, одна бета, одна бета-штрих и одна омега), причем сигма-фактор связывается, образуя холофермент, который инициирует транскрипцию. Эукариотические и архейные РНК-полимеразы имеют сходную основную структуру и механизм, но содержат дополнительные субъединицы. Все РНК-полимеразы содержат металлические кофакторы, особенно катионы цинка и магния, которые помогают в транскрипции. Активность РНК-полимеразы строго регулируется; только у E. coli более ста факторов транскрипции могут модифицировать ее функцию. РНК-полимераза предпочтительно инициирует транскрипты с АТФ, затем с ГТФ, УТФ и затем с ЦТФ.
Quick Facts
- CAS number
- 9014-24-8
Facts from the source article.
Архитектура основного фермента
Физическая архитектура РНК-полимеразы — один из самых элегантных дизайнов молекулярной биологии. У хорошо изученной бактерии E. coli основной фермент собирается из пяти различных субъединиц: пары альфа-субъединиц по 36 килодальтон каждая, бета-субъединицы весом 150 килодальтон, бета-штрих-субъединицы весом 155 килодальтон и маленькой омега-субъединицы. Вместе эти компоненты складываются в конфигурацию, которую исследователи описывают как «клешня краба» или «челюсти-зажим», с непрерывным внутренним каналом, проходящим по всей длине структуры. Этот канал — место, где матрица ДНК проходит во время транскрипции. Фермент также зависит от металлических кофакторов — в частности, катионов цинка и магния, которые непосредственно участвуют в химии присоединения нуклеотидов. Сигма-фактор стыкуется с этим ядром, образуя полный холофермент, направляя его к правильной стартовой позиции на ДНК. Как только транскрипция началась, сигма-фактор отсоединяется, и голое ядро самостоятельно продолжает элонгацию. Эукариотические и архейные версии разделяют эту фундаментальную архитектуру ядра, но добавляют многочисленные дополнительные субъединицы, что делает их значительно более крупными и сложными машинами.
Эволюционные линии и регуляторная сложность
РНК-полимераза встречается во всех живых организмах и во многих вирусах, но она эволюционировала по двум принципиально независимым линиям. Мультисубъединичная форма, общая для бактерий, архей и эукариот, сохраняет узнаваемую основную структуру и механизм во всех трех доменах жизни. Односубъединичная форма, встречающаяся у бактериофагов, а также в хлоропластах и митохондриях эукариотических клеток, эволюционно связана с современными ДНК-полимеразами, а не с мультисубъединичным ферментом. Бактерии и археи полагаются на одну РНК-полимеразу для транскрипции всех типов РНК, тогда как эукариоты используют несколько различных ядерных полимераз, каждая со специализированным портфелем РНК. Регуляция фермента чрезвычайно сложна. Только у E. coli было идентифицировано более ста факторов транскрипции, которые модулируют его активность, и множество взаимозаменяемых сигма-факторов — таких как σ70 для генов домашнего хозяйства и σ32 для ответов на тепловой шок — позволяют клетке переключать транскрипционные программы в ответ на сигналы окружающей среды. В 2006 году Роджер Д. Корнберг получил Нобелевскую премию по химии за создание детальных молекулярных изображений РНК-полимеразы на различных стадиях транскрипции, закрепив наше структурное понимание этого универсального фермента.
More in Клеточная и молекулярная биология
Заметили ошибку?
Исправления от читателей сразу попадают в нашу очередь на проверку. Предложить правку · Как собираются источники для этого сайта