Bewegt sich die RNA-Polymerase um die DNA herum oder dreht sich die DNA unter der Polymerase?

Ich denke speziell an das menschliche Genom, aber allgemeinere Antworten sind willkommen.

Wenn sich die RNA-Polymerase entlang der DNA-Helix bewegt, folgt sie einem Einzelstrang. Die beiden DNA-Stränge werden lokal durch ein Helikase-Enzym entwunden. Nach einiger Entfernung stelle ich mir jedoch vor, dass sich entweder die Polymerase um die Achse der DNA bewegen muss ODER die DNA irgendwie entlang ihrer Länge gedreht werden muss, um das Verdrehen durch die Polymerase zu verringern.

Ich kann nicht ganz verstehen, wie sich die DNA frei drehen kann, da sie Teil eines sehr langen Moleküls ist. Die andere Option bereitet mir jedoch auch ein Problem: Die wachsende (naszierende) mRNA kann Zehntausende von Basen lang sein, während sie noch an der RNA-Polymerase und der DNA-Matrize befestigt ist. Wenn die RNA-Polymerase der Helix der DNA folgt, zieht sie dann auch das vollständige Transkript mit sich herum?

Mein Kopfgeld wird durch das Ansehen dieser WEHI-Animation ausgelöst , in der die erste Sequenz die Notwendigkeit der Rotation ignoriert und sowohl die RNA-Polymerase als auch die DNA als ohne Rotation zeigt. Die zweite Sequenz zeigt die DNA als sich drehend und die RNA-Polymerase als statisch. Ist die zweite Sequenz korrekt oder auch eine Annäherung an die Realität? Wie bewältigt die DNA Zehntausende von Umdrehungen, die für lange Sequenzen erforderlich sind?
Ich bin mir nicht sicher, ob die Frage viel Sinn macht. Ob ein Objekt „rotiert“ oder nicht, muss in Bezug auf einen gemeinsamen Bezugsrahmen oder auf ein anderes Objekt diskutiert werden. Ein Enzym (wie eine Polymerase) ist um viele Größenordnungen viel kleiner als ein Chromosom. Die DNA ist natürlich flexibel und erfordert Biegen, Verdrehen und andere lokale Konfigurationsänderungen, um zu funktionieren. Aber noch einmal, ein Chromosom ist ein riesiges Molekül! Ist wie die Frage, ob sich ein Passagier (Polymerase) bewegt oder ob es der Zug (Chromosom) ist, der sich bewegt. Offensichtlich bewegen sich beide, aber in unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Maßstäben.
@TumbiSapichu das Fazit ist, dass die RNA-Polymerase in Bezug auf die DNA rotieren muss. Der offensichtliche Referenzrahmen ist das Lösungsmittel, in dem sie beide suspendiert sind. Wenn sich die Polymerase gegenüber dem Lösungsmittel dreht, wird die RNA, die sie ausgibt, um die DNA gewickelt – oder? Wenn nicht, muss die Polymerase stationär gewesen sein und die DNA war diejenige, die sich im Lösungsmittel drehte. Die Frage ist, was es ist, und wenn es letzteres ist, wie kommt die DNA mit einer solchen Verdrehung zurecht, da sie ein sehr langes Molekül ist.

Antworten (4)

Sowohl die DNA- als auch die RNA-Polymerase-Komplexe bewegen sich entlang des DNA-Moleküls, als wäre es eine Spur. Obwohl die neue mRNA groß ist, wäre sie niemals so groß wie das gesamte Genom, also ist der Bezugspunkt das DNA-Molekül. Außerdem ist die Funktionsweise der Bewegung dieses Enzyms ganz ähnlich wie bei anderen Proteinen, die „kletternde“ lange Polymere wie Aktinpolymere oder Mikrotubuli bewegen.

Eines der theoretischen Modelle, das die Bewegung dieser Art von Proteinen beschreibt, ist das Modell der gleichgerichteten thermischen Diffusion, basierend auf Richard Feynmans Idee der Brownschen Ratsche. Eine Brownsche Ratsche ist ein Gerät, das die Umwandlung zufälliger Brownscher Bewegungen in eine gerichtete Kraft ermöglicht.

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

Die Polymerasen verbrauchen ATP, was es ihnen ermöglicht, zyklische Konformationsänderungen zu erleiden (eine Änderung pro verbrauchtem ATP), wodurch sich der Komplex an das Molekül anheften und ablösen kann. Sobald sich der Komplex gelöst hat, bewegt er sich durch einfache Diffusion in eine zufällige Richtung. Dann heftet es sich wieder an. Wenn die Bewegung im richtigen Sinne stattgefunden hat, bleibt sie dort, wo sie beendet wurde, während sie bei einer falschen Richtung an ihre vorherige Position zurückkehrt. Da nur wenige Bewegungen erlaubt sind, bewegt sich der Komplex nur in diesem Sinne, auch wenn die Motorkraft zufällig ist.

Ich weiß nicht genau, welche Konformationsänderungen in der RNA-Polymerase auftreten, aber dieser allgemeine Prozess scheint auf fast jedes bewegliche Protein zuzutreffen, einschließlich jener Enzyme, die über Polymere wandern. Da die Motorkraft eine einfache Diffusion ist und das mRNA-Molekül nicht mit der Polymerase "reisen" muss (es schwimmt nur damit verbunden, aber nicht "zieht"), gibt es meiner Meinung nach keine Probleme damit Dies.

Ich denke eher an die Topologie von RNA- und DNA-Strängen. Was passiert mit der mRNA/DNA, wenn sich die Polymerase um die DNA-Spirale bewegt?
mRNA ist einzelsträngig, sodass sie keine Probleme mit Supercoiling haben. Der RNA-Polymerase-Komplex trägt Helikase- und Topoisomerase-Aktivität, um die DNA zu entspannen, da beide Stränge der DNA getrennt werden müssen und weil die Bewegung die Wicklung in der DNA verändert, da sie eine positive Superwicklung vor dem Enzym und eine negative Superwicklung dahinter verursachen . Der Wikipedia-Artikel ist ziemlich gut: en.wikipedia.org/wiki/RNA_polymerase
Ich glaube, er stellt eine andere Frage. Irgendwann sollte sich die RNA um die DNA wickeln, wenn sich die RNAP um die DNA dreht.

Die teilweise Antwort von Miguel hat sehr geholfen, aber ich musste gehen und über den zusätzlichen Teil lesen, den ich vermisst habe: Topoisomerases .

Die DNA wird unter der RNA-Polymerase abgewickelt, was zu Supercoiling vorn und hinten führt. Damit lange Transkripte fortgeführt werden können, muss die DNA-Matrize nach der aktuellen Theorie geschnitten, entwunden und neu ligiert werden, und dies wird von Topoisomerasen durchgeführt .

Dies wirft die Frage auf, wie oft die DNA während der aktiven Transkription geschnitten und neu ligiert wird und führt dies zu einem spürbaren Effekt (dh Mutation)?

Es gibt eine alternative Ansicht, dass Polymerasen eine Art DNA-Motor sind, die DNA bewegen, während sie selbst statisch bleiben. Ich kann diese Referenz jetzt nicht finden, aber ich habe dies vor etwa 5 Jahren in einem Artikel von Nature Reviews gelesen. Auch die Vorstellung von Transkriptions- und Replikationsfabriken passt in dieses Modell.

Hochgradig transkribierte Regionen haben eine höhere Neigung, Mutationen zu erwerben [ 1 ].

Ich bin mir zwar nicht sicher, aber die Sequenzzusammensetzung von Genen könnte auch eine Rolle spielen. Die Ganghöhe der Helix hängt zusammen mit anderen physikalischen Parametern von der Sequenzzusammensetzung ab. Es wurde gezeigt, dass genetische Regionen im Vergleich zu nicht-transkribierten Regionen eine andere Zusammensetzung haben (genische Regionen haben einen höheren GC-Gehalt [ 2 ].

Ich muss zustimmen, dass die "Transkriptionsfabriken" (mehrere RNA-Polymerasen und einige andere Proteine ​​zusammen) DNA und Transkriptionsfaktoren anziehen und dann mit der Transkription beginnen, während sie statisch bleiben. Eine solche Fabrik kann tatsächlich viele Gene auf einmal transkribieren. Die meisten Bücher und Online-Quellen beschreiben immer noch, dass sich die Polymerase entlang der DNA bewegt und eine Transkription durchführt, aber das hat sich als falsch erwiesen. Quelle: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8799830

Ich kann den Artikel über Nature auch nicht finden, aber ich habe auch davon gehört.

Bewegt sich die RNA-Polymerase um die DNA herum oder dreht sich die DNA unter der Polymerase?
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