- estructura
- funcions
- en procariotes
- en eucariotes
- Què és un gen?
- ARN polimerasa II
- Factors de transcripció
- ARN polimerasa I i III
- Factors de transcripció
- ARN polimerasa en organel·les
- en arqueges
- Diferències amb l'ADN polimerasa
- referències
La ARN polimerasa és un complex enzimàtic que s'encarrega de mediar la polimerització d'una molècula d'ARN, partint d'una seqüència d'ADN que fa servir com a motlle. Aquest procés és el primer pas de l'expressió gènica, i rep el nom de transcripció. L'ARN polimerasa s'uneix a l'ADN en una regió molt particular, coneguda com a promotor.
Aquest enzim - i el procés de transcripció en general - és més complex en els eucariotes que en els procariotes. Els eucariotes posseeixen múltiples ARN polimerases que s'especialitzen en certs tipus de gens, en contrast amb els procariotes on tots els gens són transcrits per una sola classe de polimerasa.
Estructura de l'ARN polimerasa en acció.
Font: I, Splette
L'increment de complexitat dins el llinatge dels eucariotes en els elements relacionats amb la transcripció està relacionat, presumiblement, amb un sistema de regulació gènica més sofisticat, típic dels organismes multicel·lulars.
A les arqueges, la transcripció és similar a el procés que passa en els eucariotes, tot que només presenten una polimerasa.
Les polimerases no actuen soles. Perquè el procés de transcripció pugui iniciar correctament, és necessària la presència de complexos proteics anomenats factors de transcripció.
estructura
Les ARN polimerasa millor caracteritzades són les polimerases dels bacteris. Aquesta consta de cadenes polipeptídiques múltiples. L'enzim posseeix diverses subunitats, catalogades com α, β, β 'i σ. S'ha demostrat que aquesta última subunitat no participa de manera directa en la catàlisi, però si està involucrada en la unió específica a l'ADN.
De fet, si eliminem a la subunitat σ la polimerasa encara pot catalitzar la seva reacció associada, però ho fa en les regions incorrectes.
La subunitat α té una massa de 40.000 Daltones i hi ha dos. De les subunitats β i β 'hi sol 1, i tenen una massa de 155.000 i 160.000 Daltones, respectivament.
Aquestes tres estructures estan ubicades al nucli de l'enzim, mentre que la subunitat σ està més allunyada, i es denomina factor sigma. L'enzim completa - o holoenzima - té un pes total proper als 480.000 Daltones.
L'estructura de l'ARN polimerasa és àmpliament variable, i depèn de el grup estudiat. No obstant això, en tots els éssers orgànics és un enzim complexa, constituïda de diverses unitats.
funcions
La funció de l'ARN polimerasa és la polimerització dels nucleòtids d'una cadena d'ARN, construïda a partir d'un motlle d'ADN.
Tota la informació necessària per a la construcció i el desenvolupament d'un organisme està escrita en el seu ADN. No obstant això, la informació no es tradueix directament a proteïnes. Cal el pas intermediari a una molècula d'ARN missatger.
Aquesta transformació de l'llenguatge d'ADN a ARN és intervinguda per l'ARN polimerasa i el fenomen s'anomena transcripció. Aquest procés és similar a la replicació de l'ADN.
en procariotes
Els procariotes són organisme unicel·lulars, sense un nucli definit. De tots els procariotes, l'organisme més estudiat ha estat Escherichia coli. Aquest bacteri és un habitant normal de la nostra microbiota i ha estat el model ideal per als genetistes.
L'ARN polimerasa es va aïllar per primera vegada en aquest organisme, i la majoria dels estudis de la transcripció han estat realitzats en E. coli. En una sola cèl·lula d'aquest bacteri podem trobar fins a 7000 molècules de polimerases.
A diferència dels eucariotes que presenten tres tipus d'ARN polimerases, en els procariotes tots els gens són processats per un sol tipus de polimerasa.
en eucariotes
Què és un gen?
Els eucariotes són els organismes que posseeixen un nucli delimitat per una membrana i posseeixen diferents orgànuls. Les cèl·lules eucariotes es caracteritzen per presentar tres tipus d'ARN polimerases nuclears, i cada tipus s'encarrega de la transcripció de gens particulars.
Un "gen" no és un terme fàcil de definir. Usualment, estem acostumats a anomenar "gen" a qualsevol seqüència d'ADN que es tradueix finalment en una proteïna. Encara que l'afirmació anterior és certa, també existeixen gens el producte final és un ARN (i no una proteïna), o bé són gens implicats en la regulació de l'expressió.
Existeixen tres tipus de polimerases, anomenades com I, II i III. A continuació descriurem les seves funcions:
ARN polimerasa II
Els gens que codifiquen per a proteïnes - i involucren un ARN missatger - són transcrits per la RNA polimerasa II. Per la seva rellevància en la síntesi proteica, ha estat la polimerasa més estudiada pels investigadors.
Factors de transcripció
Aquests enzims no poden dirigir el procés de la transcripció per si soles, necessiten de la presència de proteïnes anomenades factors de transcripció. Es poden distingir dos tipus de factors de transcripció: els generals i els addicionals.
El primer grup inclou a les proteïnes que estan involucrades en la transcripció de tots els promotors de les polimerases II. Aquestes constitueixen la maquinària bàsica de la transcripció.
En els sistemes in vitro, s'han caracteritzat 5 factors generals que són indispensables per a l'inici de la transcripció per la RNA polimerasa II. Aquests promotors posseeixen una seqüència consens anomenada "caixa TATA".
El primer pas de la transcripció involucra la unió d'un factor anomenat TFIID a la caixa TATA. Aquesta proteïna és un complex amb múltiples subunitats - entre elles, una específica d'unió a la caixa. També està format per una dotzena de pèptids anomenats TAFs (de l'anglès TBP-associated factors).
Un tercer factor involucrat és TFIIF. Després que la polimerasa II és reclutada, són necessaris els factors TFIIE i TFIIH per a l'inici de la transcripció.
ARN polimerasa I i III
Els ARN ribosomals són elements estructurals dels ribosomes. A més de l'ARN ribosomal, els ribosomes estan formats de proteïnes i són els encarregats de traduir una molècula d'ARN missatger a proteïna.
Els ARN de transferència també participen en aquest procés de traducció, portant a l'aminoàcid que serà incorporat a la cadena polipeptídica en formació.
Aquests ARN (ribosomal i de transferència) són transcrits per la RNA polimerases I i III. L'ARN polimerasa I és específica de la transcripció dels ARN ribosomals més grans, coneguts com 28S, 28S i 5.8S. La S fa referència a el coeficient de sedimentació, és a dir, les taxes de sedimentació durant el procés de centrifugació.
L'ARN polimerasa III s'encarrega de la transcripció dels gens que codifiquen per als ARN ribosomals més petits (5S).
A més, una sèrie de petits ARN (recordem que hi ha múltiples tipus d'ARN, no només els més coneguts ARN missatger, ribosomal i de transferència) com els ARN petits nuclears, són transcriptos per les ARN polimerasa III.
Factors de transcripció
L'ARN polimerasa I, reservada exclusivament per a la transcripció dels gens ribosomals requereix de diversos factors de transcripció per a la seva activitat. Els gens que codifiquen per l'ARN ribosomal tenen un promotor localitzat unes 150 parells de bases "aigües amunt" de el lloc d'inici de la transcripció.
El promotor és reconegut per dos factors de transcripció: UBF i SL1. Aquests s'uneixen de manera cooperativa a promotor i recluten la polimerasa I, formant el complex d'iniciació.
Aquests factors estan formats per múltiples subunitats proteiques. De la mateixa manera, TBP semblés ser un factor de transcripció compartit per a les tres polimerases en eucariotes.
Per a la ARN polimerasa III, el facto de transcripció TFIIIA, TFIIIB i TFIIIC han estat identificats. Aquests s'uneixen de manera seqüencial a el complex de transcripció.
ARN polimerasa en organel·les
Una de les característiques distintives dels eucariotes són els compartiments subcel·lulars anomenats orgànuls. Els mitocondris i els cloroplasts tenen una ARN polimerasa separada que recorden aquest enzim en els bacteris. Aquestes polimerases són actives, i transcriuen l'ADN trobat en aquestes organel·les.
Segons la teoria endosimbiòtica, els eucariotes provenen d'un esdeveniment de simbiosi, on un bacteri va engolir a una altra més petita. Aquest rellevant fet evolutiu explica la similitud entre les polimerases de les mitocòndries amb la polimerasa dels bacteris.
en arqueges
A l'igual que en els bacteris, en arqueges només hi ha un sol tipus de polimerasa encarregada de la transcripció de tots els gens de l'organisme unicel·lular.
No obstant això, l'ARN polimerasa de les arqueges és molt similar a l'estructura de la polimerasa en els eucariotes. Presenten una caixa TATA i factors de transcripció, el TBP i TFIIB, específicament.
En línies generals, el procés de transcripció en els eucariotes és bastant similar a el que trobem a les arqueges.
Diferències amb l'ADN polimerasa
La replicació de l'ADN és orquestrada per un complex enzimàtic anomenat ADN polimerasa. Encara que aquest enzim sol comparar amb l'ARN polimerasa - dues catalitzen la polimerització d'una cadena de nucleòtids en direcció 5 'a 3' - es diferències en diversos aspectes.
La ADN polimerasa necessita d'un fragment curt de nucleòtids per poder iniciar la replicació de la molècula, anomenat cebador o primer. L'ARN polimerasa pot començar la síntesi de novo, i no necessita del primer per a la seva activitat.
La ADN polimerasa és capaç d'unir-se a diversos llocs als llarg d'un cromosoma, mentre que la polimerasa només s'uneix als promotors dels gens.
Pel que fa als mecanismes de proofreading dels enzims, els de l'ADN polimerasa es coneixen molt millor, sent capaç de corregir els nucleòtids errats que han estat polimeritzats per error.
referències
- Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). The cell: a molecular approach (Vol. 2). Washington, DC: ASM press.
- Lodish et, H., Berk, A., Darnell, JE, Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
- Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science
- Pierce, BA (2009). Genètica: Un enfocament conceptual. Ed. Mèdica Panamericana.
- Lewin, B. (1975). Gene expression. UMI Books on Demand.