Welches Enzym ist für die Verlängerung der RNA-Kette verantwortlich?

Ribonukleinsäure, oder RNA, spielt mehrere wichtige Rollen im Leben einer Zelle. Es fungiert als Bote und leitet den genetischen Code von Desoxyribonukleinsäure oder DNA an die Proteinsynthesemaschinerie der Zelle weiter. Ribosomale RNA verbindet sich mit Proteinen zu Ribosomen, den Proteinfabriken der Zelle. Transfer-RNA transportiert Aminosäuren in wachsende Proteinstränge, während Ribosomen Boten-RNA übersetzen. Andere Formen von RNA helfen, die Zellaktivität zu kontrollieren. Für die Verlängerung der RNA-Kette während der Transkription von DNA ist das Enzym RNA-Polymerase oder RNAP verantwortlich, das mehrere Formen hat.

In eukaryontischen Zellen – also Zellen mit organisierten Kernen – sind die verschiedenen RNAP-Typen mit I bis V gekennzeichnet. Jeder hat eine etwas andere Struktur und jeder erzeugt einen anderen Satz von RNAs. RNAP II ist beispielsweise für die Bildung von Boten-RNA oder mRNA verantwortlich. Prokaryontische Zellen (die keine organisierten Kerne haben) haben einen RNAP-Typ. Das Enzym besteht aus mehreren Proteinuntereinheiten, die während der Transkription verschiedene Funktionen erfüllen. Ein aktives Zentrum, das ein Magnesiumatom enthält, ist die Stelle innerhalb des Enzyms, an der sich die RNA verlängert. Das aktive Zentrum fügt dem wachsenden RNA-Strang Zucker-Phosphat-Gruppen hinzu und bindet Nukleotidbasen gemäß den Basenpaarungsregeln.

DNA ist ein langes Molekül mit einem Rückgrat, das aus abwechselnden Zucker- und Phosphateinheiten besteht. An jeder Zuckereinheit hängt eine von vier Nukleotidbasen – ein- oder zweiringige Moleküle, die Stickstoff enthalten. Die vier DNA-Basen sind mit A, T, C und G bezeichnet. Die Sequenz der Basenpaare entlang des DNA-Moleküls bestimmt die Sequenz der Aminosäuren in den von der Zelle synthetisierten Proteinen. DNA existiert normalerweise als Doppelhelix, in der die Basen zweier Stränge nach Basenparing-Regeln aneinander binden: Die A- und T-Basen bilden einen Satz von Paaren, während C und G den anderen Satz bilden. RNA ist ein verwandtes, einzelsträngiges Molekül, das die gleichen Basenpaarungsregeln während der DNA-Transkription beachtet, mit Ausnahme der Substitution der U-Base für T in der RNA.

Protein-Initiationsfaktoren müssen mit einem Molekül der RNA-Polymerase einen Komplex bilden, bevor die Transkription beginnen kann. Diese Faktoren ermöglichen es dem Enzym, an Promotorregionen – Anknüpfungspunkte für verschiedene Transkriptionseinheiten – auf einem DNA-Strang zu binden. Transkriptionseinheiten sind Sequenzen eines oder mehrerer Gene, die die proteinspezifizierenden Teile eines DNA-Strangs sind. Der RNA-Polymerase-Komplex erzeugt eine Transkriptionsblase, indem er einen Teil der DNA-Doppelhelix am Anfang der Transkriptionseinheit entpackt. Der Enzymkomplex beginnt dann mit dem Zusammenbau der RNA, indem er den DNA-Matrizenstrang eine Base nach der anderen liest.

Der RNA-Polymerase-Komplex könnte viele Fehlstarts machen, bevor die Elongation beginnt. Bei einem Fehlstart transkribiert das Enzym etwa 10 Basen und bricht dann den Vorgang ab und startet neu. Die Elongation kann nur beginnen, wenn die RNAP die initiierenden Proteinfaktoren freisetzt, die sie an der DNA-Promotorregion verankern. Sobald die Elongation im Gange ist, nutzt das Enzym Elongationsfaktoren, um die Transkriptionsblase entlang des DNA-Strangs zu bewegen. Das sich bewegende RNAP-Molekül verlängert den neuen RNA-Strang, indem es Zucker-Phosphat-Einheiten und Nukleotidbasen hinzufügt, die die Basen auf der DNA-Matrize ergänzen. Wenn die RNAP eine fehlgepaarte Base entdeckt, kann sie das fehlerhafte RNA-Segment spalten und neu synthetisieren. Die Transkription endet, wenn das Enzym eine Stoppsequenz auf der DNA-Matrize liest. Bei der Termination setzt das RNAP-Enzym das RNA-Transkript, die Proteinfaktoren und die DNA-Matrize frei.