RNA polimerasi

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RNA polimerasi (DNA-dipendente)
Modello tridimensionale dell'enzima
RNA Polimerasi di T.Aquaticus rappresentata durante l'elongazione di un trascritto primario in direzione 5'->3'. Lo ione magnesio Mg2+ (in giallo) è localizzato nel sito attivo dell'enzima e complessa l'ossidrile 3' del ribonucleotide terminale per favorire l'attacco nucleofilo dell'ossigeno sul fosfato alfa del nucleoside trifosfato entrante.
Numero EC 2.7.7.6
Classe Transferasi
Nome sistematico
nucleoside-trifosfato:RNA nucleotidiltransferasi (DNA-dipendente)
Altri nomi
RNA polimerasi; RNA polimerasi I; RNA polimerasi II; RNA polimerasi III; nucleotidiltransferasi DNA-dipendente; RNA trascrittasi; trascrittasi.
Banche dati BRENDA, EXPASY, GTD, KEGG, PDB
Fonte: IUBMB

L'RNA polimerasi è un enzima appartenente alla classe delle transferasi, che catalizza la seguente reazione:

nucleoside trifosfato + RNAndifosfato + RNAn+1

Con questa reazione l'enzima catalizza la sintesi di un filamento di RNA. Generalmente con il nome RNA polimerasi si identifica la RNA polimerasi-DNA dipendente che, nel processo denominato trascrizione sintetizza un filamento di RNA complementare ad uno stampo di DNA. Esistono anche RNA polimerasi-RNA dipendenti, coinvolte nel processo di replicazione del genoma di alcuni virus che possiedono un genoma ad RNA.

L'attività di sintesi della RNA polimerasi necessita dei quattro ribonucleosidi-trifosfati che entreranno a far parte della molecola di RNA (ATP, GTP, CTP e UTP) e ioni metallici (Mn2+ e Mg2+).

Azione dell'RNA polimerasi[modifica | modifica sorgente]

Inizio[modifica | modifica sorgente]

Il legame dell'RNA polimerasi, nei procarioti, comporta che la subunità α riconosca l'elemento a monte (da 40 a -70 pb) nel DNA, così come il fattore σ va a riconoscere la regione da -10 a -35. Ci sono molti fattori σ che regolano l'espressione genica. Per esempio, σ70 è espresso in condizioni normali e permette che l'RNA polimerasi vada a legarsi ai geni house-keeping, mentre σ32 determina il legame dell'RNA polimerasi con i geni heat-shock. Dopo il legame col DNA, l'RNA polimerasi passa da un complesso chiuso ad un complesso aperto. Tale cambiamento comporta la separazione dei filamenti di DNA per andare a formare una parte di DNA srotolato di circa 13 bp. I ribonucleotidi sono legati alle basi del filamento stampo di DNA. Davanti alla RNA polimerasi il DNA si svolge, mentre i filamenti che la polimerasi stessa si lascia dietro, si riavvolgono.

Allungamento[modifica | modifica sorgente]

Tale fase, comporta l'ulteriore aggiunta di ribonucleotidi e il cambiamento del complesso aperto a complesso di trascrizione. L'RNA polimerasi non può iniziare a formare trascritti troppo lunghi a causa del suo stretto legame al promotore. In questa fase iniziale si ottengono corti frammenti di RNA di circa 9 bp attraverso un processo detto trascrizione abortiva. Una volta che l'RNA polimerasi inizia a formare trascritti più lunghi, il promotore viene eliminato. A questo punto, la regione del promotore a -10 fino a -35, viene distrutta e il fattore σ stacca l'RNA polimerasi. Questo permette al resto del complesso di andare avanti. Il complesso trascrizionale di 17 bp ha un ibrido DNA-RNA di 8 bp, cioè 8 coppie di basi implicano che il trascritto di RNA si leghi allo stampo di DNA. Come la trascrizione va avanti, vengono aggiunti ribonucleotidi al 3’ terminale del trascritto di RNA e il complesso di RNAP si muove lungo il DNA. L'aggiunta di ribonucleotidi al trascritto di RNA è un meccanismo molto simile alla polimerizzazione del DNA e si ritiene che queste due polimerasi siano evolutivamente correlate.

Terminazione[modifica | modifica sorgente]

È segnalata da elementi di controllo detti "sequenze di terminazione" o terminatori. Possiamo avere terminatori Rho-dipendenti e Rho-indipendenti. I Rho-indipendenti sono costituiti da una sequenza con simmetria bipartita: la RNA polimerasi trascrive la sequenza di terminazione che, dato che presenta questa simmetria bipartita, si ripiega a formare una forcina; si suppone che questa struttura a forcina causi terminazione perché impedisce la progressione della polimerasi. I Rho-dipendenti non hanno la catena AT tipica dei terminatori Rho-indipendenti e molti di essi non formano strutture a forcina; il fattore Rho, in questo caso, ha un dominio di legame all'RNA e un dominio ATPasico. Il fattore Rho si lega alla sequenza terminatore sull'RNA sintetizzata dall'RNA polimerasi. Una volta legato, Rho con l'attività ATPasica idrolizza ATP e usa questa energia per separare l'RNA dall'RNA polimerasi e dallo stampo a DNA.

RNA polimerasi procariotiche[modifica | modifica sorgente]

Nei procarioti è presente una sola RNA polimerasi, coinvolta nel processo di trascrizione dei geni. Essa si associa di volta in volta a diverse subunità σ che gli permettono la localizzazione a livello dei promotori di specifici gruppi di geni.

RNA polimerasi eucariotiche[modifica | modifica sorgente]

Negli eucarioti sono presenti tre diverse RNA polimerasi principali. Tutte le polimerasi sono eteropolimeri costituiti da molte subunità differenti, che, singolarmente o in diverse combinazioni, catalizzano le fasi di inizio, di allungamento e terminazione della sintesi del polimero. Le tre polimerasi eucariotiche differiscono sia per la struttura che per la funzione dell'RNA neosintetizzato: la polimerasi-1 presiede alla sintesi degli RNA-ribosomiali, la 2 catalizza la sintesi degli RNA-messaggeri, la 3 catalizza la sintesi degli RNA di trasferimento e dei piccoli RNA-ribosomiali. Tali polimerasi sono costituite da più di 10 subunità con funzioni diverse. Il complesso di trascrizione risulta così formato, oltre che dalla polimerasi e dal DNA-stampo, anche da molti fattori proteici di trascrizione che hanno la funzione di presiedere al riconoscimento della sequenza di inizio e delle fasi successive della polimerizzazione, oltre che quella di mediare ed integrare i messaggi di repressione e derepressione della fase di trascrizione.

Enzima Geni trascritti
RNA polimerasi I Geni per RNA ribosomiali 28S, 5.8S e 18S (GENI NON CODIFICANTI)
RNA polimerasi II Geni codificanti proteine (mRNA), geni per la maggior parte dei piccoli RNA nucleari e nucleolari (snRNA e snoRNA), geni per microRNA e RNA delle telomerasi
RNA polimerasi III Geni per RNA transfer, RNA ribosomiali 5S, alcuni piccoli RNA nucleari (ad esempio snRNA U6) e piccoli RNA citoplasmatici (scRNA) (GENI NON CODIFICANTI)

A queste 3 se ne aggiungono altre 4:

la IV, caratterizzata dal fatto di non essere sempre attiva. Protegge la cellula dalla α-Amanitina (la tossina dell'Amanita falloide), continuando a produrre mRNA;

la V, che con la precedente sintetizza i siRNA nelle piante;

e infine le RNA polimerasi mitocondriale e cloroplastica, analoghe a quelle procariotiche per il processo di endosimbiosi che ha originato le cellule eucariotiche.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Krakow, J.S. and Ochoa, S. RNA polymerase from Azotobacter vinelandii. Methods Enzymol. 6 (1963) 11–17.
  • Mans, R.J. and Walter, T.J. Transfer RNA-primed oligoadenylate synthesis in maize seedlings. II. Primer, substrate and metal specificities and size of product. Biochim. Biophys. Acta 247 (1971) 113–121. Entrez PubMed 4946277
  • Roeder, R.G. In: Losick, R. and Chamberlin, M. (Eds), RNA Polymerase. Cold Spring Harbor Laboratory, 1976, p. 285.
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  • Weaver, R.F., Blatti, S.P. and Rutter, W.J. Molecular structures of DNA-dependent RNA polymerases (II) from calf thymus and rat liver. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68 (1971) 2994–2999. Entrez PubMed 5289245

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Primasi