Движется ли РНК-полимераза вокруг ДНК или ДНК вращается под полимеразой?

Я имею в виду конкретно геном человека, но приветствуются более общие ответы.

Когда РНК-полимераза движется по спирали ДНК, она следует за одной цепью. Две нити ДНК локально раскручиваются ферментом геликазой. Однако, пройдя некоторое расстояние, я представляю, что либо полимераза должна двигаться вокруг оси ДНК, либо ДНК должна каким-то образом вращаться по своей длине, чтобы уменьшить скручивание полимеразы.

Я не совсем понимаю, как ДНК может свободно вращаться, будучи частью очень длинной молекулы. Однако другой вариант также вызывает у меня проблему: растущая (зарождающаяся) мРНК может иметь длину в десятки тысяч оснований, но все еще прикреплена к РНК-полимеразе и ДНК-матрице. Если РНК-полимераза следует за спиралью ДНК, тащит ли она за собой и весь транскрипт?

Моя награда вызвана просмотром этой анимации WEHI , где первая последовательность игнорирует необходимость вращения и показывает, что и РНК-полимераза, и ДНК не имеют никакого вращения. Вторая последовательность показывает, что ДНК вращается, а РНК-полимераза — как статическая. Является ли вторая последовательность точной или также приближенной к реальности? Как ДНК выдерживает десятки тысяч оборотов, необходимых для длинных последовательностей?
Я не уверен, что вопрос имеет смысл. Независимо от того, «вращается» объект или нет, необходимо обсуждать его относительно общей системы отсчета или другого объекта. Фермент (например, полимераза) намного меньше хромосомы, на много порядков. ДНК, конечно, гибкая, и для ее функционирования требуются изгибы, скручивания и другие локальные изменения конфигурации. Но, повторюсь, хромосома — это огромная молекула! Это все равно, что спросить, движется ли пассажир (полимераза) или поезд (хромосома). Ясно, что оба движутся, но в разных временных и пространственных масштабах.
@TumbiSapichu Суть в том, что РНК-полимераза должна вращаться относительно ДНК. Очевидная система отсчета — это растворитель, в котором они оба находятся во взвешенном состоянии. Если полимераза вращается относительно растворителя, то РНК, которую она выдает, в конечном итоге намотается на ДНК — не так ли? Если нет, то полимераза должна была быть неподвижной, а ДНК вращалась относительно растворителя. Вопрос в том, что это, и если это последнее, как ДНК приспосабливается к такому скручиванию, будучи очень длинной молекулой.

Ответы (4)

Комплексы ДНК и РНК-полимеразы движутся вдоль молекулы ДНК, как по дорожке. Хотя новая мРНК большая, она никогда не будет такой большой, как весь геном, поэтому точкой отсчета является молекула ДНК. Кроме того, функционирование движения этого фермента довольно похоже на другие белки, которые перемещают «карабкающиеся» длинные полимеры, такие как полимеры актина или микротрубочки.

Одной из теоретических моделей, описывающих движение такого рода белков, является модель выпрямленной термодиффузии, основанная на идее Ричарда Фейнмана о броуновском храповике. Броуновский храповик — это устройство, которое позволяет преобразовывать броуновские случайные движения в направленную силу.

http://en.wikipedia.org/wiki/Brownian_ratchet

Полимеразы потребляют АТФ, что позволяет им подвергаться циклическим конформационным изменениям (одно изменение на каждый израсходованный АТФ), что позволяет комплексу присоединяться к молекуле и отсоединяться. Как только комплекс отделился, он движется в случайном направлении путем простой диффузии. Затем он снова прикрепляется. Если движение произошло в правильном направлении, оно останется там, где оно закончилось, а если оно произошло в неправильном направлении, оно вернется в прежнее положение. Поскольку разрешено только несколько движений, комплекс будет двигаться только в этом смысле, даже если двигательная сила будет случайной.

Я не знаю точно, какие конформационные изменения происходят в РНК-полимеразе, но этот общий процесс, по-видимому, применим почти к любому подвижному белку, включая те ферменты, которые путешествуют по полимерам. Поскольку двигательная сила представляет собой простую диффузию и поскольку молекуле мРНК не нужно «путешествовать» с полимеразой (она просто плавает, присоединившись к ней, но не «тянет»), я думаю, что с этим нет никаких проблем. это.

Я больше думаю о топологии нитей РНК и ДНК. Что происходит с мРНК/ДНК, когда полимераза движется по спирали ДНК?
мРНК одноцепочечные, поэтому у них нет проблем с суперспирализацией. Комплекс РНК-полимеразы обладает геликазной и топоизомеразной активностью, чтобы расслабить ДНК, потому что ему необходимо разделить обе нити ДНК и потому, что движение изменяет скручивание ДНК, поскольку они вызывают положительную сверхспирализацию перед ферментом и отрицательную сверхспирализацию позади. . Статья в Википедии довольно хороша: en.wikipedia.org/wiki/RNA_polymerase .
Я думаю, он задает другой вопрос. В какой-то момент РНК должна намотаться на ДНК, если РНКП вращается вокруг ДНК.

Частичный ответ Мигеля очень помог, но мне нужно было пойти и прочитать о дополнительной части, которую мне не хватало: Topoisomerases .

ДНК раскручивается под действием РНК-полимеразы, что вызывает сверхспирализацию спереди и сзади. Текущая теория состоит в том, что для продолжения длинных транскриптов матрица ДНК должна быть разрезана, раскручена и повторно лигирована, и что это выполняется топоизомеразами .

Это поднимает вопросы о том, как часто ДНК разрезается и повторно лигируется во время активной транскрипции, и вызывает ли это заметный эффект (т.е. мутацию)?

Существует альтернативное мнение, что полимеразы — это своего рода ДНК-моторы, которые перемещают ДНК, в то время как сами остаются неподвижными. Я не могу найти эту ссылку сейчас, но я прочитал это ~ 5 лет назад в статье Nature Reviews. Понятие фабрик транскрипции и репликации также соответствует этой модели.

Высоко транскрибируемые области имеют более высокую склонность к мутациям [ 1 ].

Хотя я не уверен в этом, но состав последовательности генов также может играть роль. Шаг спирали наряду с другими физическими параметрами зависит от состава последовательности. Было показано, что генные области имеют другой состав по сравнению с нетранскрибируемыми областями (генные области имеют более высокое содержание GC [ 2 ].

Я должен согласиться с тем, что «фабрики транскрипции» (несколько РНК-полимераз и некоторые другие объединенные белки) привлекают ДНК и факторы транскрипции, а затем начинают транскрипцию, пока они остаются статичными. Одна такая фабрика может фактически транскрибировать множество генов одновременно. Большинство книг и онлайн-источников по-прежнему описывают полимеразу как движущуюся вдоль ДНК и выполняющую транскрипцию, но это оказалось ошибочным. источник: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8799830

Статью о природе тоже не могу найти, но я тоже слышал об этом.

Движется ли РНК-полимераза вокруг ДНК или ДНК вращается под полимеразой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v