RNA-Polymerase (Deutsch)

RNA-Polymerase-Definition

Eine RNA-Polymerase (RNAP) oder Ribonukleinsäure-Polymerase ist ein Multi-Untereinheit-Enzym, das den Transkriptionsprozess katalysiert, bei dem ein RNA-Polymer aus einer DNA-Vorlage synthetisiert wird. Die Sequenz des RNA-Polymers ist komplementär zu der der Schablonen-DNA und wird in einer 5’→ 3′ Orientierung synthetisiert. Dieser RNA-Strang wird als primäres Transkript bezeichnet und muss verarbeitet werden, bevor er innerhalb der Zelle funktionsfähig sein kann.,

RNA-Polymerasen interagieren mit vielen Proteinen, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Diese Proteine helfen bei der Verbesserung der Bindungsspezifität des Enzyms, helfen beim Abwickeln der doppelhelikalen Struktur der DNA, modulieren die Aktivität des Enzyms basierend auf den Anforderungen der Zelle und verändern die Geschwindigkeit der Transkription. Einige RNAP-Moleküle können die Bildung eines Polymers über viertausend Basen in der Länge jede Minute katalysieren. Sie haben jedoch einen dynamischen Geschwindigkeitsbereich und können gelegentlich bei bestimmten Sequenzen anhalten oder sogar anhalten, um die Wiedergabetreue während der Transkription aufrechtzuerhalten.,

Funktionen der RNA-Polymerase

Traditionell betrachtet das zentrale Dogma der Molekularbiologie RNA als Botenstoffmolekül, das die in DNA codierten Informationen aus dem Kern exportiert, um die Synthese von Proteinen im Zytoplasma voranzutreiben: DNA → RNA → Protein. Die anderen bekannten RNAs sind Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA), die ebenfalls eng mit der proteinsynthetischen Maschinerie verbunden sind., In den letzten zwei Jahrzehnten wurde jedoch immer deutlicher, dass RNA eine Reihe von Funktionen erfüllt, von denen die Proteincodierung nur ein Teil ist. Einige regulieren die Genexpression, andere wirken als Enzyme, einige sind sogar entscheidend für die Bildung von Gameten. Diese werden als nichtkodierende oder ncRNA bezeichnet.

Da RNAP an der Produktion von Molekülen beteiligt ist, die eine so große Rolle spielen, besteht eine seiner Hauptfunktionen darin, die Anzahl und Art der RNA-Transkripte zu regulieren, die als Reaktion auf die Anforderungen der Zelle gebildet werden., Eine Reihe verschiedener Proteine, Transkriptionsfaktoren und Signalmoleküle interagieren mit dem Enzym, insbesondere dem carboxy-terminalen Ende einer Untereinheit, um seine Aktivität zu regulieren. Es wird angenommen, dass diese Verordnung für die Entwicklung von eukaryotischen Pflanzen und Tieren von entscheidender Bedeutung war, bei denen genetisch identische Zellen eine differenzielle Genexpression und Spezialisierung auf vielzellige Organismen aufweisen.

Darüber hinaus hängt die optimale Funktion dieser RNA – Moleküle von der Wiedergabetreue der Transkription ab-die Sequenz im DNA-Template-Strang muss in der RNA genau dargestellt werden., Selbst eine einzelne Basisänderung in einigen Regionen kann zu einem vollständig nicht funktionsfähigen Produkt führen. Während das Enzym daher schnell arbeiten und die Polymerisationsreaktion in kurzer Zeit abschließen muss, benötigt es robuste Mechanismen, um extrem niedrige Fehlerraten sicherzustellen. Das Nukleotidsubstrat wird in mehreren Schritten auf Komplementarität zum Schablonen-DNA-Strang gescreent. Wenn das richtige Nukleotid vorhanden ist, schafft es eine Umgebung, die der Katalyse und der Verlängerung des RNA-Strangs förderlich ist. Darüber hinaus ermöglicht ein Korrekturleseschritt das Herausschneiden falscher Basen.,

Schließlich sind RNA-Polymerasen auch an der posttranskriptionellen Modifikation von RNAs beteiligt, um sie funktionsfähig zu machen und ihren Export vom Kern zu ihrem endgültigen Wirkungsort zu erleichtern.

Arten von RNA-Polymerase

Es gibt eine bemerkenswerte Ähnlichkeit in den RNA-Polymerasen, die in Prokaryoten, Eukaryoten, Archea und sogar einigen Viren vorkommen. Dies weist auf die Möglichkeit hin, dass sie sich von einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben., Prokaryotisches RNAP besteht aus vier Untereinheiten, einschließlich eines Sigma-Faktors, der nach Beginn der Transkription vom Enzymkomplex dissoziiert. Während Prokaryoten die gleiche RNAP verwenden, um die Polymerisation von kodierender sowie nicht kodierender RNA zu katalysieren, haben Eukaryoten fünf verschiedene RNA-Polymerasen.

Eukaryotische RNAP I ist ein Arbeitstier, das fast fünfzig Prozent der in der Zelle transkribierten RNA produziert. Es polymerisiert ausschließlich ribosomale RNA, die eine große Komponente von Ribosomen bildet, den molekularen Maschinen, die Proteine synthetisieren., Die RNA-Polymerase II wird umfassend untersucht, da sie an der Transkription von mRNA-Vorläufern beteiligt ist. Es katalysiert auch die Bildung von kleinen nuklearen RNAs und Mikro-RNAs. RNAP III transkribiert Transfer-RNA, einige ribosomale RNA und einige andere kleine RNAs und ist wichtig, da viele seiner Ziele für das normale Funktionieren der Zelle notwendig sind. Die RNA-Polymerasen IV und V kommen ausschließlich in Pflanzen vor und sind zusammen entscheidend für die Bildung kleiner interferierender RNA und Heterochromatin im Kern.,

Prozess der Transkription

Die Transkription beginnt mit der Bindung des RNAP-Enzyms an einen bestimmten Teil der DNA, der auch als Promotorregion bezeichnet wird. Diese Bindung erfordert die Anwesenheit einiger anderer Proteine – des Sigma-Faktors in Prokaryoten und verschiedener Transkriptionsfaktoren in Eukaryoten. Ein Satz von Proteinen, die als allgemeine Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden, ist für alle eukaryotischen Transkriptionsaktivitäten erforderlich und umfasst den Transkriptionsinitiationsfaktor II A, II B, II D, II E, II F und Ii., Diese werden durch spezifische Signalmoleküle ergänzt, die die Genexpression durch stromaufwärts gelegene Abschnitte nicht kodierender DNA modulieren. Oft wird die Initiation mehrmals abgebrochen, bevor eine Strecke von zehn Nukleotiden polymerisiert wird. Danach bewegt sich die Polymerase über den Promotor hinaus und verliert die meisten Initiationsfaktoren.

Darauf folgt das Abwickeln von doppelsträngiger DNA, auch bekannt als „Schmelzen“, um eine Art Blase zu bilden, in der aktive Transkription auftritt. Diese „Blase“ scheint sich entlang des DNA-Strangs zu bewegen, wenn sich das RNA-Polymer verlängert., Sobald die Transkription abgeschlossen ist, wird der Prozess beendet und der RNA-Strang verarbeitet. Prokaryotische RNAP – und eukaryotische RNA-Polymerasen I und II erfordern zusätzliche Transkriptionsabbruchproteine. RNAP III beendet die Transkription, wenn eine Dehnung von Thyminbasen auf dem Nicht-Template-DNA-Strang vorliegt.

Vergleich zwischen DNA – und RNA-Polymerase

Während DNA-und RNA-Polymerasen beide Nukleotidpolymerisationsreaktionen katalysieren, gibt es zwei Hauptunterschiede in ihrer Aktivität. Im Gegensatz zu DNA-Polymerasen benötigen RNAP-Enzyme keinen Primer, um die Polymerisationsreaktion zu beginnen., Sie sind auch in der Lage, die Reaktion von der Mitte eines DNA-Strangs aus zu beginnen und „STOPP“ – Signale zu lesen, die dazu führen, dass sich der Enzymkomplex von der Schablone löst. Während RNA-Polymerasen etwas langsamer sind als ihre Gegenstücke, haben sie den Vorteil, dass sie nur eine komplementäre Kopie eines DNA-Strangs erstellen müssen.

• 3′ – > 5′ Orientierung – Direktionalität eines einzelnen Nukleinsäurestrangs, der sich aus der Nummerierung von Kohlenstoffatomen auf dem Nukleotidzuckerring ergibt., Ein Ende der Nukleinsäure hat eine freie Hydroxylgruppe am dritten Kohlenstoff und das andere Ende hat eine freie Phosphatgruppe, die an den fünften Kohlenstoff gebunden ist.
• Heterochromatin-Segmente eines Chromosoms, die transkriptionell still sind und dichter zu sein scheinen als aktiv transkribierte Regionen.
• siRNA-Kleine interferierende RNA sind kurze doppelsträngige RNA-Moleküle, die an der Genregulation durch RNA-Interferenz beteiligt sind.
• Carboxy-terminus – Ein Ende eines Proteins oder Polypeptids, das eine freie Carboxylgruppe enthält, die an das Alpha-Kohlenstoffatom der Aminosäure gebunden ist., Das andere Ende des Polypeptids wird als N-Terminus oder Amino-Terminus bezeichnet.

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1. Welche dieser RNA-Polymerasen katalysiert die Bildung von messenger-RNA (mRNA)?
A. RNAP I
B. RNAP II
C. RNAP III
D. RNAP V

2. Welche dieser RNA-Polymerasen kommt nur in Pflanzen vor?
A. RNAP I und II
B. RNAP I und III
C. RNAP IV und V
D., Keine der obigen

3. Welche davon ist während der prokaryotischen Transkriptionsinitiation vorhanden?
A. Sigma-Faktor
B. Transkriptionsfaktor II A
C. Transkriptionsfaktor II B
D. Transcription Factor II D