RNA Polimerasi

RNA polimerasi Definizione

Una RNA polimerasi (RNAP), o acido ribonucleico polimerasi, è un enzima multi subunità che catalizza il processo di trascrizione in cui un polimero di RNA è sintetizzato da un modello di DNA. La sequenza del polimero dell’RNA è complementare a quella del DNA del modello ed è sintetizzata in un orientamento 5 ‘→ 3’. Questo filamento di RNA è chiamato trascrizione primaria e deve essere elaborato prima che possa essere funzionale all’interno della cellula.,

Le RNA polimerasi interagiscono con molte proteine per svolgere il loro compito. Queste proteine aiutano a migliorare la specificità di legame dell’enzima, aiutano a srotolare la doppia struttura elicoidale del DNA, modulano l’attività dell’enzima in base alle esigenze della cellula e alterano la velocità di trascrizione. Alcune molecole di RNAP possono catalizzare la formazione di un polimero di oltre quattromila basi di lunghezza ogni minuto. Tuttavia, hanno una gamma dinamica di velocità e possono occasionalmente fermarsi, o addirittura fermarsi a determinate sequenze per mantenere la fedeltà durante la trascrizione.,

Funzioni della RNA polimerasi

Tradizionalmente, il dogma centrale della biologia molecolare ha considerato l’RNA come una molecola messaggero, che esporta le informazioni codificate nel DNA fuori dal nucleo per guidare la sintesi delle proteine nel citoplasma: DNA → RNA → Proteina. Gli altri RNA ben noti sono RNA di trasferimento (tRNA) e RNA ribosomiale (rRNA) che sono anche intimamente connessi con il macchinario sintetico della proteina., Tuttavia, negli ultimi due decenni, è diventato sempre più chiaro che l’RNA serve una serie di funzioni, di cui la codifica proteica è solo una parte. Alcuni regolano l’espressione genica, altri agiscono come enzimi, alcuni sono persino cruciali nella formazione dei gameti. Questi sono chiamati non codificanti o ncRNA.

Poiché RNAP è coinvolto nella produzione di molecole che hanno una gamma così ampia di ruoli, una delle sue funzioni principali è quella di regolare il numero e il tipo di trascritti di RNA formati in risposta alle esigenze della cellula., Un certo numero di diverse proteine, fattori di trascrizione e molecole di segnalazione interagiscono con l’enzima, in particolare l’estremità carbossi-terminale di una subunità, per regolare la sua attività. Si ritiene che questo regolamento sia stato cruciale per lo sviluppo di piante e animali eucariotici, dove cellule geneticamente identiche mostrano espressione genica differenziale e specializzazione in organismi multicellulari.

Inoltre, il funzionamento ottimale di queste molecole di RNA dipende dalla fedeltà della trascrizione – la sequenza nel filamento del modello di DNA deve essere rappresentata con precisione nell’RNA., Anche un singolo cambiamento di base in alcune regioni può portare a un prodotto completamente non funzionale. Pertanto, mentre l’enzima deve lavorare rapidamente e completare la reazione di polimerizzazione in un breve lasso di tempo, ha bisogno di meccanismi robusti per garantire tassi di errore estremamente bassi. Il substrato del nucleotide è proiettato ai punti multipli per complementarità al filamento del DNA del modello. Quando è presente il nucleotide corretto, crea un ambiente favorevole alla catalisi e all’allungamento del filamento di RNA. Inoltre, una fase di correzione di bozze consente di eliminare le basi errate.,

Infine, le RNA polimerasi sono anche coinvolte nella modifica post-trascrizionale degli RNA per renderli funzionali, facilitando la loro esportazione dal nucleo verso il loro sito finale di azione.

Tipi di RNA polimerasi

Vi è una notevole somiglianza nelle RNA polimerasi presenti nei procarioti, negli eucarioti, negli archea e persino in alcuni virus. Ciò indica la possibilità che si siano evoluti da un antenato comune., RNAP procariotico è costituito da quattro subunità, tra cui un sigma-fattore che si dissocia dal complesso enzimatico dopo l’inizio della trascrizione. Mentre i procarioti usano lo stesso RNAP per catalizzare la polimerizzazione dell’RNA codificante e non codificante, gli eucarioti hanno cinque distinte RNA polimerasi.

L’RNAP I eucariotico è un cavallo di battaglia, producendo quasi il cinquanta per cento dell’RNA trascritto nella cellula. Polimerizza esclusivamente l’RNA ribosomiale, che forma un grande componente dei ribosomi, le macchine molecolari che sintetizzano le proteine., L’RNA polimerasi II è ampiamente studiata perché è coinvolta nella trascrizione dei precursori dell’mRNA. Catalizza anche la formazione di piccoli RNA nucleari e micro RNA. RNAP III trascrive l’RNA di trasferimento, alcuni RNA ribosomiali e pochi altri piccoli RNA ed è importante poiché molti dei suoi obiettivi sono necessari per il normale funzionamento della cellula. Le RNA polimerasi IV e V si trovano esclusivamente nelle piante e insieme sono cruciali per la formazione di piccoli RNA interferenti ed eterocromatina nel nucleo.,

Processo di trascrizione

La trascrizione inizia con il legame dell’enzima RNAP a una parte specifica del DNA, nota anche come regione promotrice. Questo legame richiede la presenza di poche altre proteine – il fattore sigma nei procarioti e vari fattori di trascrizione negli eucarioti. Una serie di proteine chiamate fattori di trascrizione generali è necessaria per tutta l’attività trascrizionale eucariotica e include il fattore di iniziazione della trascrizione II A, II B, II D, II E, II F e II H., Questi sono integrati da molecole di segnalazione specifiche che modulano l’espressione genica attraverso tratti di DNA non codificante situati a monte. Spesso l’iniziazione viene interrotta più volte prima che un tratto di dieci nucleotidi venga polimerizzato. Dopo questo, la polimerasi si sposta oltre il promotore e perde la maggior parte dei fattori di iniziazione.

Questo è seguito dallo svolgimento del DNA a doppio filamento, noto anche come “fusione”, per formare una sorta di bolla in cui si verifica la trascrizione attiva. Questa “bolla” sembra muoversi lungo il filamento di DNA mentre il polimero di RNA si allunga., Una volta completata la trascrizione, il processo viene terminato e il filamento di RNA viene elaborato. Le RNAP procariotiche e le RNA polimerasi eucariotiche I e II richiedono ulteriori proteine di terminazione della trascrizione. RNAP III termina la trascrizione quando c’è un tratto di basi di timina sul filamento non-modello di DNA.

Confronto tra DNA e RNA polimerasi

Mentre DNA e RNA polimerasi catalizzano entrambe le reazioni di polimerizzazione nucleotidica, ci sono due principali differenze nella loro attività. A differenza delle DNA polimerasi, gli enzimi RNAP non hanno bisogno di un primer per iniziare la reazione di polimerizzazione., Sono anche in grado di iniziare la reazione dal centro di un filamento di DNA e leggere i segnali “STOP” che causano la dissociazione del complesso enzimatico dal modello. Infine, mentre le RNA polimerasi sono leggermente più lente delle loro controparti, hanno il vantaggio di dover solo fare una copia complementare di un filamento di DNA.

• 3′- > 5′ orientamento – Direzionalità di un singolo filamento di acido nucleico che deriva dalla numerazione degli atomi di carbonio sull’anello di zucchero nucleotidico., Un’estremità dell’acido nucleico ha un gruppo idrossilico libero sul terzo carbonio e l’altra estremità ha un gruppo fosfato libero attaccato al quinto carbonio.
• Eterocromatina – Segmenti di un cromosoma che sono trascrizionalmente silenziosi e sembrano essere più densi che trascrivono attivamente le regioni.
• siRNA-Small interfering RNA sono brevi molecole di RNA a doppio filamento coinvolte nella regolazione genica attraverso l’interferenza dell’RNA.
• Carbossi-terminale-Un’estremità di una proteina o polipeptide che contiene un gruppo carbossilico libero attaccato all’atomo di carbonio alfa dell’amminoacido., L’altra estremità del polipeptide è chiamata N-terminale o amino-terminale.

Quiz

1. Quale di queste RNA polimerasi catalizza la formazione di RNA messaggero (mRNA)?
A. RNAP I
B. RNAP II
C. RNAP III
D. RNAP V

2. Quale di queste RNA polimerasi si trova solo nelle piante?
A. RNAP I e II
B. RNAP I e III
C. RNAP IV e V
D., Nessuna delle precedenti

3. Quale di questi è presente durante l’inizio della trascrizione procariotica?
A. Fattore Sigma
B. Fattore di trascrizione II A
C. Fattore di trascrizione II B
D. Fattore di trascrizione II D