РНА полимераза - опис, функција и деловање

У било којој ћелији, начин спровођења генетске информације почиње транскрипцијом, односно синтезом РНК молекула на основу ДНК матрице. РНА полимераза је главни активни ензим у овом процесу. Она гради ланац рибонуклеотида, који је неопходан за синтезу протеина.

За све представнике ћелијског облика живота карактеристичан је само један тип РНК полимеразе - зависна од ДНК. Међутим, постоји ензим способан да синтетизује рибонуклеинску киселину на основу РНА шаблона. Овај тип ензима (РНА-зависна РНА полимераза) се налази само код вируса.

Основе ензима

Свака РНА полимераза је протеин способан да се веже за молекул нуклеинске киселине и, крећући се дуж њега, да катализира формирање фосфодиестерске везе између рибонуклеотида. Овај процес захтева енергију.

Материјал за синтезу РНК су рибонуклеозидни трифосфати (аденин, гванин, цитозин и урацил), који су одабрани комплементарни са матричном секвенцом. Да би започели синтезу РНК, полимераза мора бити повезана са специфичном секвенцом у геному, која се назива промотор. Ова локација је мјесто за слијетање ензима.

Било који транскрипт укључује промотор који претходи кодирајућој секвенци. У фази везивања РНК полимеразе за промотор, регулисана је експресија одређених гена. Зависи од тога колико добро ензим ступа у интеракцију са њим, да ли ће се транскрипција наставити.

Улога РНА полимеразе у транскрипцији

Главна сврха овог ензима је да синтетизује полинуклеотидну секвенцу на основу матричног ланца. Да би се то постигло, РНА полимераза има различите функције, укључујући:

• препознавање промотора;
• избор нуклеотида у ланцу према комплементарном принципу;
• затварање фосфодиестарских веза између нуклеотида;
• откопавање дела ДНК и резање двоструке спирале;
• елиминисање грешака у синтетизованом кругу.

Последње две функције су карактеристичне само за комплексне полимеразе на бази ДНК.

РНА полимеразне врсте

Ензими који синтетишу РНК разликују се не само по типу матрице на којој раде (ДНК или РНК), већ и по комплексности структуре. На основу овог критеријума, разликују се 2 групе РНА полимераза:

• Састоји се од једне подјединице - карактеристичне за неке фаге, као и за митохондрије и хлоропласте еукариота. У овом другом случају, појединачна подјединица су само оне полимеразе које кодирају мале нуклеарне ДНК, а не саме органеле.
• Укључујући и неколико подјединица.

Једноставне полимеразе не захтевају учешће регулаторних елемената и раде на малим геномима. Функционалност комплексних полимераза је много шира. Свака подјединица у саставу ензима обавља свој задатак.

Све РНА полимеразе имају заједнички принцип деловања, али се разликују у структури и условима функционисања, које нису различите у различитим таксономима живих организама. На основу тога, изоловани су ензими који синтетишу РНК:

• прокариоте (бактерије и археје);
• еукариота;
• вируса.

Еукариотске РНА полимеразе су посебно класификоване. Ови организми имају неколико типова ензима намењених за синтезу различитих типова РНК.

РКК полимераза прокариотима

У бактеријама за све типове РНК синтетише један тип полимеразе. Потоњи је комплекс мулти-подјединица, у којем постоје 2 компоненте:

• основни ензим или главни ензим синтетизује РНК ланац, састоји се од 5 протомера (β, β ^` , ω и 2 α подјединица);
• помоћна подјединица, σ, препознаје промотор и помаже полимерази да је контактира, након чега се одмах раздваја.

Комплекс језгра и σ фактор се назива холоензим.

РНК синтетишуће ензиме еукариотске ћелије

Еукариотске РНА полимеразе су много сложеније и укључују више подјединица. Међутим, рад ових ензима захтева велику количину протеинских фактора. Ово друго помаже полимеразама да препознају и везују се за промотер (бактеријска полимераза је довољна за сигма подјединицу), и такође учествују у процесима елонгације и завршетка.

Постоје три типа еукариотских РНА полимераза: Пол л, Пол лл и Пол ллл. Сви они су комплексни хетеромултимерни комплекси са молекулском масом од 0.5-0.7 Да. Брзина еукариотских полимераза је 20 нуклеотида у секунди.

Од свих типова ензима, само РНА полимераза ИИ ће синтетисати молекуле које служе као прототип за изградњу свих протеина - курирске РНК.

Ензимски механизам деловања

РНА полимераза је кључни ензим у свим фазама транскрипције (иницијација, елонгација и завршетак). У првој фази, полимераза се везује за промотор.

Синтеза РНК ланца се одвија у фази елонгације, током које се полимераза нагло креће дуж матричног ланца, селективно катализирајући додавање нових рибонуклеотида (само оне азотне базе које су комплементарне паровима ДНК / РНК су спојене у водоничне везе). Ланац се протеже од 5 до 3 краја.

Ензим има канал кроз који улазе рибонуклеотидни фосфати, активни центар и РНА излазни канал. Затварање фосфодиестерске везе се постиже хидролизом високоенергетских једињења. Овај процес се изводи у активном центру ензима. Кретање РНК полимеразе има спазмодични карактер.

Механизам транскрипције у одређеним фазама подсјећа на процес удвостручавања генетског материјала (репликација). Деловање ДНК полимеразе и РНК полимеразе је веома слично, јер катализују исту хемијску реакцију. Међутим, у раду ових ензима постоји низ значајних разлика. Међу њима су:

• РНК полимерази не треба прајмер у облику прајмера;
• материјал за синтезу РНК није дезоксирибонуклеотид, већ рибонуклеотид;
• у процесу померања ензима дуж матричног ланца, хибрид се раздваја између матрице и синтетизованог производа, док се током репликације задржава.

Синтеза РНА се одвија антипаралелно са секвенцом шаблона. ДНК полимеразе које раде на свом путу унапредјују двоструку спиралу испред себе и раздвајају ланце. Иза ензима, синтетизована РНК је одмах измењена, и структура ДНК је обновљена.