RNA polimerasi: differenze tra le versioni

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{{Avvisounicode}}

{{enzybox

| nome = RNA polimerasi (DNA-dipendente)

| immagine = RNAP TEC small.jpg|

| didascalia = <small>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.</small>

| ECnumber = 2.7.7.6

| 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.

}}

In [[biochimica]] l{{'}}''L'RNA polimerasi''' o '''ARN polimerasi''' è un [[enzima]] appartenente alla classe delle [[transferasi]], che catalizza la seguente reazione:

:''[[nucleosidenucleotide]] [[trifosfato]] + [[RNA]]_n ⇄ [[difosfato|pirofosfato]] + RNA_n+1''

Con questa reazione l'enzima [[Catalizzatore|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 (biologia)|trascrizione]], sintetizza un filamento di RNA complementare ad uno stampo di [[DNA]]. Esistono anche RNA polimerasi-RNA dipendenti, coinvolte nel processo di [[replicazione del DNA|replicazione]] del [[genoma]] di alcuni [[Vira|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 ([[Adenosintrifosfato|ATP]], [[Guanosintrifosfato|GTP]], [[Citosintrifosfato|CTP]] e [[Uridintrifosfato|UTP]]) e ioni metallici ([[Manganese|Mn]]²⁺ e [[Magnesio|Mg]]²⁺).

== '''Azione dell'RNA polimerasi''' ==

==''Inizio''==

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''Inizio ===

Il legame dell’RNAdell'RNA polimerasi, nei procarioti, comporta che la subunità α riconosca l’elementol'elemento a monte (da 40 a -70 pb) nel DNA, così come il [[Fattore sigma|fattore σ]] va a riconoscere la regione da -10 a -35 (le [[TATA box]]). Ci sono molti fattori σ che regolano l’espressionel'espressione genica. Per esempio, σ70 è espresso in condizioni normali e permette che l’RNAl'RNA polimerasi vada a legarsi ai geni house-keeping, mentre σ32 determina il legame dell’RNAdell'RNA polimerasi con i geni heat-shock.

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.

Dopo il legame col DNA, l’RNAl'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.

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''Allungamento ===

Tale fase, comporta l’ulteriorel'ulteriore aggiunta di ribonucleotidi e il cambiamento del complesso aperto a complesso di trascrizione. L’RNAL'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’RNAl'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 si stacca l’RNAdal polimerasipromotore. Questo permette al resto del complesso di andare avanti.

Durante la fase di allungamento il fattore σ perde affinità con il core enzimatico e si distacca da esso per impiegare un nuovo legame con un'altra RNA polimerasi.

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 3’3' terminale del trascritto di RNA e il complesso di RNAP si muove lungo il DNA. L’aggiuntaL'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 ===

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 procarioticheeubatteriche ==

NeiNegli [[Prokaryota|procarioti]]eubatteri è presente una sola RNA polimerasi, coinvolta nel processo di trascrizione dei [[gene|geni]]. Essa si associa di volta in volta a diverse subunità σ che glile permettono la localizzazione a livello dei [[promotorePromotore (biologia)|promotori]] di specifici gruppi di [[gene|geni]].

Ovviamente, rientrano tra queste RNA polimerasi anche quelle degli eubatteri endosimbionti miticondriale e plastidiale, in genere erroneamente ascritte tra le RNA eucariotiche.

== RNA polimerasi archeobatteriche ed eucariotiche ==

Separato dagli eubatteri è il ramo che ha portato agli attuali archei ed eucarioti, che sono strettamente imparentati.

Negli [[Eukaryota|eucarioti]] sono presenti tre diverse RNA polimerasi. Tutte le polimerasi sono [[Polimero|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-[[Ribosoma|ribosomiali]], la 2 catalizza la sintesi degli [[mRNA|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 [[Proteina|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.

Negli [[Eukaryota|eucarioti]] sono presenti tre diverse RNA polimerasi principali. Tutte le polimerasi sono [[Polimero|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.

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Le tre polimerasi eucariotiche differiscono sia per la struttura che per la funzione dell'RNA neosintetizzato: la polimerasi-1 presiede alla sintesi degli RNA-[[Ribosoma|ribosomiali]], la 2 catalizza la sintesi degli [[mRNA|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 [[Proteina|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 ede integrare i messaggi di repressione e derepressione della fase di trascrizione.

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|'''Enzima'''||'''Geni trascritti'''

|-

|width="180"|RNA polimerasi I||Geni per [[rRNA|RNA ribosomiali]] 28S, 5.8S e 18S (GENIgeni NONnon CODIFICANTIcodificanti per proteine)

|-

|RNA polimerasi II||Geni codificanti [[proteina|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 [[tRNA|RNA transfer]], [[rRNA|RNA ribosomiali]] 5S, alcuni piccoli RNA nucleari (ad esempio ''snRNA U6'') e piccoli RNA citoplasmatici (scRNA) (GENIgeni NONnon CODIFICANTIcodificanti)

|}

A queste 3 se ne aggiungono altre 2:

A queste 3 si aggiunge anche una RNA polimerasi IV, caratterizzata dal fatto di non essere sempre attiva. Protegge la cellula dalla [[Amanitina|α-Amanitina]] (la tossina dell'[[Amanita falloide]]), continuando a produrre mRNA

A queste 3 si aggiunge anche una RNA polimerasila IV, caratterizzata dal fatto di non essere sempre attiva. Protegge la cellula dalla [[Amanitina|α-Amanitina]] (la tossina dell'[[Amanita falloide]]), continuando a produrre mRNA; la V, che con la precedente sintetizza i siRNA nelle piante.

Le RNA polimerasi archeobatteriche sono di un solo tipo, ma sono molto simili a quelle dei loro stretti cugini eucarioti.

Questi hanno la RNA polimerasi II composta da 12 subunità; la RNA polimerasi archeobatterica è un complesso simile, con 11 o più subunità.

Anche le sequenze amminoacidiche tra le due RNA polimerasi è molto simile.

Inoltre i promotori degli archeobatteri hanno una sequenza complesso molto simile al TATA box dei promotori eucariotici, con funzione analoga.

Ci sono, poi, le RNA polimerasi "mitocondriale" e "plastidiale", cioè dell'alfa-proteobatterio e del cianobatterio endosimbionti, che sono, quindi, eubatteriche, anche se vengono generalmente ascritte, erroneamente tra le polimerasi eucariotiche.

== Bibliografia ==

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* Roeder, R.G. In: Losick, R. ande Chamberlin, M. (Eds), ''RNA Polymerase.'' Cold Spring Harbor Laboratory, 1976, p. &nbsp;285.

* Sheldon, R., Jurale, C. ande Kates, J. ''Detection of polyadenylic acid sequences in viral and eukaryotic RNA(poly(U)-cellulose columns-poly(U) filters-fiberglass-HeLa cells-bacteriophage T4).'' Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69 (1972) 417–421. {{Entrez Pubmed|4501121}}

* Weaver, R.F., Blatti, S.P. ande 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 ==

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