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RNA polimerasi batterica
A differenza degli eucarioti, i batteri utilizzano una singola RNA polimerasi (RNAP) per trascrivere tutti i geni. Le diverse subunità dell'RNAP batte…
Un gene in forma di DNA deve prima essere convertito in un RNA messaggero, in un processo chiamato, trascrizione. L'mRNA è poi tradotto da un ribosoma per produrre proteine. La proteina che trascrive il DNA nell'RNA è chiamata una RNA polimerasi.
L'enzima del nucleo della RNA polimerasi batterica consiste di cinque subunità polipeptidiche, due subunità identiche alfa, subunità beta e beta prime, e una subunità omega. Un fattore di trascrizione, chiamato sigma, si associa con l'enzima nucleare per produrre l'oloenzima RNA polimerasi. Per iniziare la trascrizione, l'oloenzima RNA polimerasi si lega non specificamente al DNA con bassa affinità.
Scorre quindi lungo il DNA per localizzare la sequenza del promotore. Quando incontra il promotore, in particolare le regioni meno 10 e meno 35, a monte del sito di inizio, la subunità sigma della RNA polimerasi si lega strettamente al promotore 00:01-07.410 00:01:12.270 e svolge il DNA per formare il complesso promotore aperto. L'oloenzima RNA polimerasi, ora posizionato al sito di inizio della trascrizione, sintetizza l'RNA trascritto, aggiungendo i nucleotidi complementari allo stampo di DNA.
Una volta sintetizzata una catena di RNA lunga 10 nucleotidi, il fattore sigma viene rilasciato. L'enzima centrale della RNA polimerasi continua ad aggiungere i nucleotidi all'RNA in crescita. Transcritto mentre la polimerasi avanza, il DNA viene continuamente svolto, davanti all'enzima, e riavvolto, dietro di esso.
Il processo continua fino a quando il gene viene trascritto e il nucleo polimerasi incontra il segnale di termine. Il segnale di termine più comune è una ripetizione simmetrica invertita di una sequenza ricca di GC seguita da una coda di Poly A.Quando questa sequenza è trascritta in RNA, la base di sequenza auto-complementare si accoppia per formare una struttura ad anello di forcina per capelli stabile. La forcina destabilizza l'associazione dell'mRNA e del DNA stampo e fa sì che la polimerasi si arresti e si dissoci.
Così, la bolla di trascrizione collassa e il DNA si riavvolge ad una doppia elica, e viene rilasciata la trascrizione pre-mRNA appena formata.
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Q1: What are the subunits that make up bacterial RNA polymerase?
Bacterial RNA polymerase core enzyme consists of five polypeptide subunits: two identical alpha subunits, one beta subunit, one beta-prime subunit, and one omega subunit. A transcription factor called sigma associates with the core enzyme to form the RNA polymerase holoenzyme, which is the complete, functional form of the enzyme.
Q2: How does the sigma factor help bacterial RNA polymerase recognize promoters?
The sigma factor is a specialized transcription factor that binds to the bacterial RNA polymerase core enzyme to form the holoenzyme. Although RNA polymerase alone cannot recognize DNA sequences specifically, the sigma factor enables the holoenzyme to recognize promoter sequences with high affinity and secure binding at the transcription start site.
Q3: Why do bacteria use different sigma factors?
Bacteria contain a variety of sigma factors that associate with different promoter sequences. Different sigma factors bind to the cellular pool of RNA polymerases to express different genes depending on cellular requirements. This allows bacteria to control which genes are expressed and when, even though they use only a single RNA polymerase enzyme.
Q4: What is the role of transcription factors in bacterial gene expression?
Transcription factors help bacteria control gene expression by binding to specific DNA regions and modulating RNA polymerase activity. Some factors sense environmental or cellular changes and regulate transcription rates by controlling RNA polymerase binding to template DNA. Depending on the number of genes targeted, these factors can control gene expression locally or globally.
Q5: How does the multisubunit structure of bacterial RNA polymerase support its function?
The multisubunit structure of bacterial RNA polymerase maintains catalytic function, facilitates enzyme assembly, enables interaction with DNA and RNA, and allows self-regulation of activity. Each subunit contributes distinct functions that work together to enable the enzyme to transcribe genes efficiently and respond to cellular signals.
Q6: What is the relationship between transcription and protein synthesis in bacteria?
A gene in DNA form must first be converted into messenger RNA through transcription. This mRNA is then translated by a ribosome to produce proteins. RNA polymerase catalyzes the transcription step, converting the DNA template into mRNA that carries genetic information for protein synthesis.
Q7: How can bacteria control gene expression with a single RNA polymerase?
Although bacteria use only one RNA polymerase to transcribe all genes, they employ different transcription factors to control which genes are expressed and when. Sigma factors direct the polymerase to specific promoters, while other transcription factors respond to environmental changes and modulate polymerase binding. This regulatory flexibility allows bacteria to adapt gene expression to cellular needs.