อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสและการเริ่มต้นการถอดรหัส

เอนไซม์ที่สังเคราะห์ RNA และขั้นตอนแรกที่ถูกควบคุมอย่างระมัดระวัง ซึ่งเอนไซม์จะระบุตำแหน่งยีน ทำให้ DNA คลายเกลียว และเริ่มสร้างสำเนาถอดรหัส

Definition

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสเป็นเอนไซม์หลายหน่วยย่อยที่เร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ RNA โดยใช้ DNA เป็นแม่แบบ; การเริ่มต้นการถอดรหัสคือชุดของขั้นตอนที่ถูกควบคุม ซึ่งพอลิเมอเรสพร้อมด้วยปัจจัยที่เหมาะสม จะจดจำโปรโมเตอร์ เปิดเกลียวคู่ของ DNA และเริ่มสังเคราะห์ RNA ที่ตำแหน่งเริ่มต้น

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและการทำงานเร่งปฏิกิริยาของอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสและเหตุการณ์ของการเริ่มต้น: การจดจำโปรโมเตอร์, การก่อตัวของสารเชิงซ้อนแบบปิดและแบบเปิด, การเริ่มต้นที่ไม่สมบูรณ์, และการเปลี่ยนผ่านไปสู่การยืดตัวที่สมบูรณ์ หัวข้อนี้เปรียบเทียบการเริ่มต้นของแบคทีเรียที่มีพอลิเมอเรสตัวเดียวกับการเริ่มต้นของยูคาริโอตที่มีพอลิเมอเรสหลายตัวและขึ้นอยู่กับปัจจัย ลำดับโปรโมเตอร์และปัจจัยการถอดรหัสที่ควบคุมจะได้รับการกล่าวถึงอย่างละเอียดมากขึ้นในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• โครงสร้างของอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสเป็นอย่างไร และเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ได้อย่างไร?
• เอนไซม์จดจำจุดเริ่มต้นของยีนได้อย่างไร?
• เกิดอะไรขึ้นเมื่อสารเชิงซ้อนโปรโมเตอร์แบบปิดเปลี่ยนเป็นสารเชิงซ้อนแบบเปิด?
• การเริ่มต้นการถอดรหัสแตกต่างกันอย่างไรระหว่างแบคทีเรียและยูคาริโอต?

Key theories

การก่อตัวของสารเชิงซ้อนแบบเปิด

การเริ่มต้นที่สมบูรณ์ต้องอาศัยพอลิเมอเรสในการทำให้ DNA โปรโมเตอร์ส่วนสั้นๆ คลายเกลียว ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนแบบเปิด ซึ่งสายแม่แบบจะถูกเปิดเผยในตำแหน่งเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้นิวคลีโอไทด์แรกสามารถเชื่อมต่อกันได้

การเลือกโปรโมเตอร์โดยมีปัจจัยนำทาง

พอลิเมอเรสของแบคทีเรียใช้ปัจจัยซิกมาที่สามารถแลกเปลี่ยนได้เพื่อเลือกโปรโมเตอร์ ในขณะที่พอลิเมอเรสของยูคาริโอตขึ้นอยู่กับการรวมตัวของปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป ซึ่งทำให้การเริ่มต้นมีความจำเพาะและเป็นจุดควบคุมที่สำคัญ

Mechanisms

พอลิเมอเรสแกนกลาง ซึ่งมีศูนย์เร่งปฏิกิริยา จะรวมตัวกับปัจจัยเริ่มต้น (ปัจจัยซิกมาในแบคทีเรีย; ปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปในยูคาริโอต) เพื่อจดจำโปรโมเตอร์และสร้างสารเชิงซ้อนแบบปิด จากนั้นเกลียวคู่จะถูกทำให้คลายตัวเป็นสารเชิงซ้อนแบบเปิด ซึ่งเผยให้เห็นสายแม่แบบ เอนไซม์จะเริ่มเชื่อมต่อกับนิวคลีโอไทด์ ซึ่งมักจะปล่อยสำเนาถอดรหัสสั้นๆ ที่ไม่สมบูรณ์หลายครั้ง จนกว่าจะหลุดออกจากโปรโมเตอร์ กำจัดปัจจัยเริ่มต้น และเข้าสู่กระบวนการยืดตัวต่อเนื่อง

Clinical relevance

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสของแบคทีเรียเป็นเป้าหมายของยาปฏิชีวนะที่สำคัญ และปัจจัยเริ่มต้นของยูคาริโอตมีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคและถูกศึกษาในฐานะเป้าหมายยา; นำเสนอในฐานะความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสถูกระบุในต้นทศวรรษ 1960; การค้นพบพอลิเมอเรสหลายชนิดในยูคาริโอตและปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปของพวกมัน และต่อมาโครงสร้างความละเอียดสูงของเอนไซม์ที่ถูกจับได้ในระหว่างการเริ่มต้น ได้สร้างภาพกลไกที่ใช้ในตำราปัจจุบัน

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสต้องการไพรเมอร์หรือไม่?

ไม่เหมือนกับดีเอ็นเอพอลิเมอเรส อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสสามารถเริ่มต้นสายใหม่จากศูนย์บนแม่แบบได้ ดังนั้นการถอดรหัสจึงไม่จำเป็นต้องใช้ไพรเมอร์

ปัจจัยซิกมาคืออะไร?

หน่วยย่อยเริ่มต้นของแบคทีเรียที่นำพอลิเมอเรสแกนกลางไปยังโปรโมเตอร์ที่จำเพาะ; ปัจจัยซิกมาที่แตกต่างกันทำให้เซลล์สามารถถอดรหัสชุดยีนที่แตกต่างกันได้