RNA

RNA POLIMERASI

Qui di seguito vi parlerò dell'RNA polimerasi!

L'RNA polimerasi è un enzima appartenente alla classe delle transferasi, che catalizza la seguente reazione:

nucleoside trifosfato + RNAn ⇄ difosfato + RNAn+1

Con questa reazione l'enzima 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 sintetizza un filamento di RNA complementare ad uno stampo di DNA. Esistono anche RNA polimerasi-RNA dipendenti, coinvolte nel processo di replicazione del genoma di alcuni 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 (ATP, GTP, CTP e UTP) e ioni metallici (Mn2+ e Mg2+).

Il legame dell'RNA polimerasi, nei procarioti, comporta che la subunità α riconosca l'elemento a monte  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. 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.

FASE DI ALLUNGAMENTO

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.  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. 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.

FASE DI TRASCRIZIONE 

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 dei terminatori Rho-indipendenti e molti di essi non formano strutture a forcina. 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.

Nei procarioti è presente una sola RNA polimerasi, coinvolta nel processo di trascrizione dei geni. Essa si associa di volta in volta a diverse subunità σ che gli permettono la localizzazione a livello dei promotori di specifici gruppi di geni.

Negli eucarioti sono presenti tre diverse RNA polimerasi. Tutte le polimerasi sono 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-ribosomiali, la 2 catalizza la sintesi degli 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 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.