RNA Polymerase và Khởi đầu Phiên mã

Enzyme tổng hợp RNA và bước đầu tiên được kiểm soát cẩn thận, trong đó nó định vị một gen, làm tan chảy DNA và bắt đầu tạo ra một bản phiên mã.

Definition

RNA polymerase là enzyme đa tiểu đơn vị xúc tác quá trình tổng hợp RNA dựa trên khuôn DNA; khởi đầu phiên mã là tập hợp các bước được điều hòa, theo đó polymerase, với các yếu tố thích hợp, nhận diện một promoter, mở xoắn kép DNA và bắt đầu tổng hợp RNA tại vị trí khởi đầu.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và hoạt động xúc tác của RNA polymerase và các sự kiện khởi đầu: nhận diện promoter, hình thành phức hợp đóng rồi phức hợp mở, khởi đầu thất bại và chuyển sang kéo dài hiệu quả. Nó đối chiếu sự khởi đầu phiên mã của vi khuẩn chỉ với một polymerase với sự khởi đầu phiên mã phụ thuộc yếu tố, đa polymerase của sinh vật nhân chuẩn. Các trình tự promoter và các yếu tố phiên mã điều hòa được trình bày chi tiết hơn trong một chủ đề bổ sung.

Core questions

• Cấu trúc của RNA polymerase là gì và nó xúc tác quá trình tổng hợp như thế nào?
• Enzyme nhận diện vị trí bắt đầu của một gen như thế nào?
• Điều gì xảy ra khi phức hợp promoter đóng chuyển thành phức hợp mở?
• Sự khởi đầu phiên mã khác nhau giữa vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn như thế nào?

Key theories

Hình thành phức hợp mở

Khởi đầu hiệu quả đòi hỏi polymerase phải làm tan chảy một đoạn DNA promoter ngắn, tạo thành một phức hợp mở trong đó sợi khuôn được lộ ra ở vị trí hoạt động để các nucleotide đầu tiên có thể được nối.

Lựa chọn promoter được hướng dẫn bởi yếu tố

Polymerase của vi khuẩn sử dụng một yếu tố sigma có thể trao đổi để chọn promoter, trong khi polymerase của sinh vật nhân chuẩn phụ thuộc vào các tập hợp yếu tố phiên mã chung, mang lại cho sự khởi đầu tính đặc hiệu và một điểm kiểm soát quan trọng.

Mechanisms

Polymerase lõi, mang trung tâm xúc tác, liên kết với một yếu tố khởi đầu (một yếu tố sigma ở vi khuẩn; các yếu tố phiên mã chung ở sinh vật nhân chuẩn) để nhận diện promoter và hình thành một phức hợp đóng. Xoắn kép sau đó được làm tan chảy thành một phức hợp mở, để lộ sợi khuôn. Enzyme bắt đầu nối các nucleotide, thường giải phóng một số bản phiên mã ngắn bị thất bại, cho đến khi nó thoát khỏi promoter, loại bỏ các yếu tố khởi đầu và đi vào giai đoạn kéo dài liên tục.

Clinical relevance

RNA polymerase của vi khuẩn là mục tiêu của các loại kháng sinh quan trọng, và các yếu tố khởi đầu của sinh vật nhân chuẩn có liên quan đến bệnh tật và được nghiên cứu như các mục tiêu thuốc; được trình bày như ý nghĩa, không phải lời khuyên lâm sàng.

History

RNA polymerase được xác định vào đầu những năm 1960; việc phát hiện ra nhiều polymerase của sinh vật nhân chuẩn và các yếu tố phiên mã chung của chúng, và sau đó là các cấu trúc độ phân giải cao của enzyme được ghi lại trong quá trình khởi đầu, đã thiết lập bức tranh cơ chế được sử dụng trong các tài liệu hiện hành.

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

RNA polymerase có cần mồi không?

Không. Không giống như DNA polymerase, RNA polymerase có thể bắt đầu một sợi mới từ đầu trên khuôn, vì vậy quá trình phiên mã không yêu cầu mồi.

Yếu tố sigma là gì?

Một tiểu đơn vị khởi đầu của vi khuẩn hướng polymerase lõi đến các promoter cụ thể; các yếu tố sigma khác nhau cho phép một tế bào phiên mã các tập hợp gen khác nhau.