إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA Polymerase) وبدء النسخ

الإنزيم الذي يصنع الحمض النووي الريبوزي (RNA) والخطوة الأولى التي يتم التحكم فيها بعناية، حيث يحدد موقع الجين، ويذيب الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، ويبدأ في صنع نسخة.

Definition

إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) هو إنزيم متعدد الوحدات الفرعية يحفز تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA) المعتمد على قالب الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)؛ وبدء النسخ هو مجموعة منظمة من الخطوات التي يتعرف من خلالها الإنزيم، مع العوامل المناسبة، على المحفز، ويفتح حلزون الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) المزدوج، ويبدأ في تخليق الحمض النووي الريبوزي (RNA) في موقع البدء.

Scope

يغطي هذا الموضوع بنية إنزيمات بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerases) وعملها التحفيزي وأحداث البدء: التعرف على المحفز، وتكوين المعقد المغلق ثم المفتوح، والبدء الفاشل، والانتقال إلى الاستطالة الفعالة. ويقارن بين بدء النسخ في البكتيريا باستخدام إنزيم بلمرة واحد والبدء متعدد الإنزيمات والمعتمد على العوامل في حقيقيات النوى. يتم تناول تسلسلات المحفز وعوامل النسخ التنظيمية بشكل أكثر تفصيلاً في موضوع مصاحب.

Core questions

• ما هي بنية إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) وكيف يحفز التخليق؟
• كيف يتعرف الإنزيم على مكان بدء الجين؟
• ماذا يحدث عندما يتحول معقد المحفز المغلق إلى معقد مفتوح؟
• كيف يختلف بدء النسخ بين البكتيريا وحقيقيات النوى؟

Key theories

تكوين المعقد المفتوح

يتطلب البدء الفعال أن يقوم إنزيم البلمرة بإذابة جزء قصير من الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) للمحفز، مكونًا معقدًا مفتوحًا حيث يكون الشريط القالب مكشوفًا في الموقع النشط بحيث يمكن ربط النيوكليوتيدات الأولى.

اختيار المحفز الموجه بالعامل

يستخدم إنزيم البلمرة البكتيري عامل سيجما قابل للتبادل لاختيار المحفزات، بينما تعتمد إنزيمات البلمرة في حقيقيات النوى على تجمعات من عوامل النسخ العامة، مما يمنح البدء خصوصيته ونقطة تحكم رئيسية.

Mechanisms

يرتبط إنزيم البلمرة الأساسي، الذي يحمل المركز التحفيزي، بعامل بدء (عامل سيجما في البكتيريا؛ عوامل نسخ عامة في حقيقيات النوى) للتعرف على المحفز وتكوين معقد مغلق. ثم يتم إذابة الحلزون المزدوج إلى معقد مفتوح يكشف عن الشريط القالب. يبدأ الإنزيم في ربط النيوكليوتيدات، وغالبًا ما يطلق عدة نسخ قصيرة فاشلة، حتى يهرب من المحفز، ويتخلص من عوامل البدء، ويدخل في استطالة متواصلة.

Clinical relevance

يُعد إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي البكتيري هدفًا للمضادات الحيوية الهامة، وتُشير الدراسات إلى أن عوامل بدء النسخ في حقيقيات النوى متورطة في الأمراض وتُدرس كأهداف دوائية؛ ويُقدم هذا كأهمية وليس كنصيحة سريرية.

History

تم تحديد إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) في أوائل الستينيات؛ وقد أدى اكتشاف إنزيمات بلمرة متعددة في حقيقيات النوى وعوامل النسخ العامة الخاصة بها، ثم الهياكل عالية الدقة للإنزيم أثناء عملية البدء، إلى ترسيخ الصورة الميكانيكية المستخدمة في النصوص الحالية.

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

هل يحتاج إنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) إلى بادئ؟

لا. على عكس إنزيمات بلمرة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA polymerases)، يمكن لإنزيم بلمرة الحمض النووي الريبوزي (RNA polymerase) أن يبدأ شريطًا جديدًا من الصفر على القالب، لذا لا يتطلب النسخ بادئًا.

ما هو عامل سيجما؟

وحدة فرعية بكتيرية لبدء النسخ توجه إنزيم البلمرة الأساسي إلى محفزات محددة؛ تسمح عوامل سيجما المختلفة للخلية بنسخ مجموعات مختلفة من الجينات.