RNK polimeraza

[thumb|RNK- polimeraza (ljubičasta) odmotavajući dvostruku spiralu DNK koristi jedan lanac (tamnije narandžasta) kao predložak za stvaranje jednolančane [informacijska RNK|informacijske RNK (zelena)]]
**RNK-polimeraza** (skraćeno **RNKP** ili **RNKpol** i službeno **DNK usmjerena RNA-polimeraza**) – u  molekulskoj biologiji – je enzim koji sintetizira RNK prema matričnom polulancu  DNK .

Korištenjem enzima helikaza, RNKP lokalno otvara dvolančanu DNK, tako da se jedan lanac izloženih nukleotida može koristiti kao predložak za sintezu RNK, u procesu zvanom transkripcija. Transkripcijski faktor i pridružena transkripcija kompleksa medijatora moraju biti vezani za mesto vezanja DNK zvano regija promotora, prije nego što RNKP može pokrenuti despiralizaciju DNK na tom položaju. RNKP ne samo da započinje transkripciju RNK, već i dovodi nukleotide u određeni položaj, olakšava vezanje i izduživanje, ima suštinske sposobnosti ispravki i zamjene, kao i sposobnost prepoznavanja završetka. Kod eukariota , RNKP može graditi lance dužine sve do 2,4 miliona nukleotida.

RNKP proizvodi RNK koja je, funkcijski, ili za kodiranje, proteinskog lanca  tj. informacijska RNK (iRNK); ili nekodiranje (takozvani "RNK geni"). Postoje najmanje četiri funkcijska tipa RNK gena:
# transportna RNK (tRNK) – prenosi specifične aminokiseline na rastuće polipeptidne lance na ribosomskom mjestu sinteze proteina,  tokom translacije;
# ribosomska RNK (rRNA) – ugrađuje se u ribosome;
# mikro-RNK (miRNK) – regulira aktivnost gena; i,
# katalitska RNK (ribozim) – funkcionira kao enzimski aktivna molekula RNK.

RNK-polimeraza  bitna je za život i nalazi se u svim živim organizmima i mnogim virusima. Ovisno o organizmu, RNK-polimeraza može biti proteinski kompleks (multi-podjedinica RNKP) ili se sastojati samo od jedne podjedinice (RNKP, ssRNKP), od kojih svaka predstavlja neovisnu lozu. Prva se nalazi kod bakterija, arheja i eukariota, dijeleći sličnu strukturu jedra i mehanizam.

U većini prokariota, jedan tip  RNK-polimeraze transkribira sve tipove RNK. RNK-polimeraza "jedra" *E. coli* sastoji se od pet podjedinica: dvije alfa (α) podjedinice od 36&nbsp;kDa, beta (β) podjedinica od 150&nbsp;kDa, beta podjedinica (β′) od 155&nbsp;kDa i mala omega (ω) podjedinica. Faktor sigma (σ) veže se za jedro, tvoreći holoenzim. Nakon započinjanja transkripcije, faktor se može odvezati i pustiti jedarni enzim da nastavi sa svojom aktivnošću. Jezgreni kompleks RNK-polimeraze tvori strukturu "rakova kandža" ili "stezna čeljust" sa unutrašnjim kanalom koji prolazi cijelom dužinom. RNK-polimeraze eukariota i arhea imaju sličnu strukturu jezgra i rade na sličan način, iako imaju mnogo dodatnih podjedinica.

## Funkcija 
[thumb| Elektronska [micrografija  DNK-polulanaca ukrašenih stotinama molekula RNKP, premalih su da bi se razložile. Svaki RNKP transkribira RNA-lanac, koji se može vidjeti kako se grana od DNK. *Begin* označava 3' kraj DNK, gdje RNKP započinje transkripciju; *End* označava 5 'kraj, gdje su duže molekule RNK potpuno transkribirane.]]

Kontrola procesa transkripcije gena utiče na obrasce ekspresije gena i, prema tome, omogućava ćelijama da se prilagode promenljivom okruženju, obavlja specijalizovane uloge u organizmu i održava osnovne metaboličke procese neophodne za preživljavanje. Stoga nije iznenađujuće da je aktivnost RNKP-a duga, složena i visoko regulirana. U bakteriji *Escherichia coli* identificirano je više od 100 faktora transkripcije, koji modificirauju aktivnost RNKP-a.

RNKP može inicirati transkripciju na specifičnim sekvencama DNK, poznatim kao promotori . Zatim proizvodi RNK-lanac, koji je komplementarna kopija DNK-lanca. Proces dodavanja nukleotida lancu RNK poznat je kao elongacija (izduživanje); u eukariotima RNKP može graditi lance sve dok 2,4 miliona nukleotida (puna dužina distrofinskog  gena). RNKP će preferencijski prezentirati svoj RNK transkript na specifičnim sekvencama DNK,  kodiranim na kraju gena, koji su poznati kao terminatori.

Proizvodi RNAP-a uključuju:
* Informacijsku RNK (iRNK) – predložak za sintezu proteina u ribosomima. Tu su i
* Nekodirajuća RNK ili "RNK geni" – široka klasa gena koji kodiraju neprevedenu RNK u protein. Najistaknutiji primjeri RNK gena su transportna RNK (tRNK) i ribosomna RNK (rRNK), koji su uključeni u proces translacije. Međutim, od kasnih 1990-ih pronađeno je mnogo novih RNK-gena, pa stoga oni mogu imati mnogo značajniju ulogu nego što se ranije mislilo 
**Transportna RNK (tRNA) – prenosi specifične aminokiseline na rastuće polipeptidne lance na ribosomskom mjestu sinteze proteina tokom translacije;
** Ribosomska RNK (rRNK) – komponenta ribosoma;
** Mikro RNK – regulira  aktivnost gena;
** Katalitska RNK (ribozim) – enzimski aktivne molekule RNK.

RNAP postiže sintezu *de novo*. To je u stanju učiniti jer specifične interakcije s inicirajućim nukleotidom čvrsto drže RNKP, olakšavajući hemijski napad na dolazni nukleotid. Takve specifične interakcije objašnjavaju zašto RNAP radije započinje transkripte s ATP-om (slijedi GTP, UTP, a zatim CTP). Za razliku od DNK polimeraze, RNAP uključuje helikazu aktivnost, stoga nije potreban poseban enzim za odmotavanje DNK.

## Aktivnost
### Inicijacija 
Vezanje RNK-polimeraze u bakterijama uključuje sigma faktor prepoznavanja promotorskog jezgra koje sadrži –35 i –10 elemenata (koji se nalaze *prije* početka sekvence koja će se transkribirati), a kod nekih promotora i α podjedinica C-krajevog  domena koji prepoznaje uzlazne elemente promotora. Postoji više zamjenjivih sigma faktora, od kojih svaki prepoznaje zaseban skup promotora. Na primjer, u *E. coli*, σ70 izražen je u normalnim uvjetima i prepoznaje promotore za gene potrebne u normalnim uvjetima ("domaćinski geni"), dok σ32 prepoznaje promotore gena potrebnih na visokim temperaturama ("geni toplotnog šoka". U arhejama i eukariotima, funkcije bakterijskog općeg transkripcijskog faktora sigme obavljaju višestruki opći transkripcijski faktori,  koji djeluju zajedno. Zatvoreni kompleks RNK-polimeraznog-promotora obično se naziva "kompleks transkripcijske inicijacije".

Nakon vezanja za DNK, RNK-polimeraza prelazi iz zatvorenog u otvoreni kompleks. Ova promjena uključuje razdvajanje DNK lanaca kako bi se formirao odmotani dio od približno 13 bp, koji se naziva "mjehurić transkripcije". Superspirala ima važnu ulogu u aktivnosti polimeraze zbog odmotavanja i premotavanja DNK. Budući da su regije DNK ispred RNKP-a odmotane, postoje kompenzacijski pozitivni super-namotaji. Regije iza RNKP-a se premotavaju i prisutni su negativni supernamotaji. > Za vrijeme tranzicije bijega promotora, RNK-polimeraza se smatra "intermedijarom pod stresom". Termodinamički stres akumulira se od aktivnosti odmotavanja i sabijanja DNK.  Kada je DNK-RNK heterodupleks dovoljno dug (~ 10 bp), RNK-polimeraza oslobađa svoje gornje kontakte i efikasno postiže prelazak promotora u fazu izdužeivanja/elongacije. Heterodupleks u aktivnom centru stabilizira kompleks izduživanja.

Međutim, "bijeg" promotora nije jedini ishod. RNK-polimeraza također može ublažiti stres, oslobađanjem svojih nizvodnih kontakata, zaustavljanjem transkripcije. Pauzirani kompleks transkripcije ima dvije mogućnosti: (1) oslobađanje novonastalog transkripta i novo započinjanje kod promotora ili (2) ponovno uspostavljanje novog 3'OH na na aktivnom mjestu novonastalog transkripta,  putem katalitske aktivnosti RNK-polimeraze i ponovnim probijanjem DNK kako bi se omogućio bijeg promotora. Abortivna inicijacija, neproduktivni ciklus RNK-polimeraze prije tranzicije bijega promotora, rezultira kratkim fragmentima RNK od oko 9 bp u procesu poznatom kao abortivna transkripcija. Opseg abortivnog započinjanja ovisi o prisutnosti faktora transkripcije i snazi kontakata promotora.

### Elongacija
[thumb|TranskripcijA RNK-polymeraze II: proces izduživanja transkripta olakšan rastavljanjem [nukleosoma.]]
[thumb|RNKP *[Thermus aquaticus|T. aquaticus* tokom izduživanja. Dijelovi enzima postali su prozirni kako bi put RNK i DNK bio jasniji. Magnezijev  ion (žuti) nalazi se na aktivnom mjestu enzima.]]

Transkripcijski kompleks od 17 bp ima hibrid od 8 bp DNK-RNK, odnosno osam baznih parova uključuje RNA transkript vezan za matrični  lanac DNK. Kako transkripcija odmiče, ribonukleotidi se dodaju na 3 'kraj RNK-transkripta i RNAKP kompleks se kreće duž DNK. Karakteristične brzine elongacije kod prokariota i eukariota su oko 10–100 nts/sec.

Ostaci aspartila (asp) u RNKP-u zadržavaju se na ionima Mg2+, koji će zauzvrat koordinirati fosfate ribonukleotida. Prve Mg2+ zadržavat će α-fosfat NTP-a koji treba dodati. To omogućava nukleofilni napad 3'OH iz RNK-transkripta, dodajući još jedan NTP-lanac. Drugi ion Mg2+ zadržat će pirofosfat NTP-a.  Ukupna jednadžba reakcije je:

:(NMP)n + NTP → (NMP)n+1 + PPi

#### Tačnost 
Za razliku od lektorskih mehanizama DNK-polimeraze, mehanizmi RNKP-a istraženi su tek nedavno. „Lektorsko“ ispravljanje započinje odvajanjem pogrešno uklopljenih nukleotida  DNK predloška. Ovo zaustavlja transkripciju. Polimeraza se zatim vraća za položaj jedan i cijepa dinukleotid koji sadrži neusklađeni nukleotid. U RNK-polimerazi to se događa na istom aktivnom mjestu koje se koristi za polimerizaciju i stoga se znatno razlikuje od DNK-polimeraze, gdje se lektura događa na određenom aktivno mjesto|aktivnom mjestu nukleaze.

Ukupna stopa grešaka je oko 10−4 to 10−6.

### Terminacija
U bakterija, završetak transkripcije RNK može biti rho-ovisan ili rho-neovisan. Prvi se oslanja na rho faktor, koji destabilizira DNK-RNK heterodupleks i uzrokuje oslobađanje RNK. Potonji, poznat i kao suštinski završetak, oslanja se na palindromski region DNK. Transkribiranje regije uzrokuje stvaranje strukture "ukosnice" transkripcije RNK koja stvara petlju i veže se za sebe. Ova struktura ukosnice često je bogata baznim parovima G-C, što je čini stabilnijom od samog DNK-RNK hibrida. Kao rezultat, hibrid od osam bp DNK-RNK u transkripcijskom kompleksu prelazi u hibrid od četiri bp. Ova posljednja 4-bazna para su slabi A-U bazni parovi i cijeli RNK-transkript otpast će s DNK.

Završetak transkripcije u eukariota manje je razumljiv nego kod bakterija, ali uključuje cijepanje novog transkripta, praćeno dodavanjem adenina na novom 3' kraju, neovisno o matrici, u procesu koji se naziva poliadenilacija.

## Ostali organizmi 
S obzirom na to da DNK– i RNK-polimeraze provode polimerizaciju nukleotida ovisnu o kalupu, moglo bi se očekivati da će dva tipa  enzima biti strukturno povezane. Međutim, rendgenska kristalografska studija oba tipa enzima otkrivaju da, osim što sadrže kritični ion Mg2+ na katalitskom mjestu, oni praktično nisu međusobno povezani ; zaista se čini da su nukleotidni polimerizacijski enzimi, koji su ovisni o predlošku nastali dva puta neovisno tokom rane evolucije ćelija. Jedna loza dovela je do modernih DNK-polimeraza i reverznih transkriptaza, kao i do nekoliko jednolančanih RNK-polimeraza (ssRNAP) iz faga i organela.

### Bakterije
Kod bakterija, isti enzim katalizira sintezu iRNK i nekodirajuća RNK (ncRNA).

RNAP je velika molekula. Jezgro  ima pet podjedinica (~ 400  kDa)

*β': β' podjedinica je najveća podjedinica i kodira je rpoC gen. Podjedinica β' sadrži dio aktivnog centra odgovornog za sintezu RNK i  neke odrednice za nesekvencu specifične interakcije s DNK i RNK u nastajanju. Podijeljen je na dvije podjedinice u cijanobakterijama i hloroplastima.
* α: α podjedinica je treća po veličini podjedinica i prisutna je u dvije kopije po molekulu RNKP-a, αI i α II (jedna i dvije). Svaka α podjedinica sadrži dva domena: αNTD (domen N-kraja) i αCTD (domen C-kraja). αNTD sadrži odrednice za sastavljanje RNKP-a. αCTD (domen C-kraja) sadrži odrednice za interakciju s promotorskom DNK, čineći nesljedne nespecifične interakcije kod većine promotora i specifične za sekvence interakcije na promotorima koji sadrže uzvodne elemente i odrednice za interakcije s regulatornim faktorima.
*ω:  ω podjedinica je najmanja od svih podjedinica.  ω olakšava sastavljanje RNKP-a i stabilizira sklopljeni RNKP.

Da bi se vezalo za promotore, jezgro RNKP povezuje se s faktorom inicijacije transkripcije sigma (σ) da bi se formirao holoenzim RNK-polimeraze. Sigma smanjuje afinitet RNAP-a za nespecifičnu DNK, istovremeno povećavajući specifičnost za promotore, omogućavajući započinjanje transkripcije na tačnim mjestima. Kompletni holoenzim stoga ima šest podjedinica: β'βαI and αIIωσ (~450 kDa).

### Eukarioti
[thumb|Struktura eukariotske RNK polimeraze II (svijetloplava) u kompleksu sa [Alfa-amanitin α-amanitinom (crvena), jakim otrovom koji se nalazi u gljive sa smrtnim posljedicama koji cilja ovaj vitalni enzim]]
Eukaryoti imaju više tipova jedarnih RNKP-ova, od kojih je svaki odgovoran za sintezu posebne podskupine RNK. Svi su međusobno strukturno i mehanički povezani i s bakterijskim RNKP-om:
* RNK-polimeraza I sintetizira pre-rRNK 45S (35S u kvascu), koji sazrijeva u 28S, 18S i 5.8S rRNA, koji će formirati glavne ribosomske  sekcije RNK.
*RNK-polimeraza II sintetizira prekursore iRNK  i većinu snRNK i mikroRNK. Ovo je najviše proučavan tip, a zbog visokog nivoa kontrole koji je potreban nad transkripcijom, potreban je niz transkripcijskih faktora  za njegovo vezanje za promotore.
* RNA polimeraza III sintetizira tRNK , rRNK 5S i druge male RNK pronađene u jedru i citosolu.
*RNK- polimeraza IV sintetizira siRNK u biljkama.
* RNK polimeraza V sintetizira RNK uključene u siRNK usmjerenu heterohromatinsku tvorbu u biljkama.

Eukariotski hloroplasti sadrže RNKP vrlo sličan bakterijskom RNKP  ("polimeraza kodirana s plastidom, PEP"). Koriste sigma faktore kodirane u jedarnom genomu.

Hloroplasti također sadrže drugu, strukturno i mehanički nepovezanu, jednopodjedinicu RNKP ("jedrom kodirana polimeraza , NEP"). Eukariotske mitohondrije koriste POLRMTjednodijelnu , kodiranu jezgru RNKP. Takve fagima-slične polimeraze u biljkama nazivaju se RpoT.

Historija otkrića  RNK-polimeraze arhea prilično je novijeg datuma. Prva analiza RNKP-a arhea izvršena je 1971.,  kada je RNKP iz krajnjeg halofilnog *Halobacterium cutirubrum* izolovan i pročišćen. Kristalne strukture RNKP-a iz *Sulfolobus solfataricus* i *Sulfolobus shibatae* postavljaju ukupan broj identifikovanih arhejskih podjedinica na trinaest.

Archaea  imaju  podjedinicu koja odgovara eukariotskom Rpb1. podijeljenu na dva dijela. Ne postoji homolog eukariotskog Rpb9 (POLR2I) u *S. shibatae*, iako je TFS (homolog TFIIS) predložen kao jedan na osnovu sličnosti. Postoji dodatna podjedinica nazvana Rpo13; zajedno s Rpo5 zauzima prostor ispunjen insercijom koja se nalazi u bakterijskim β' podjedinicama (1.377-1.420 u *Taq*). This domain, in either case, serves a structural function.

Podjedinica RNKP-a arhea prethodno je koristila "RpoX" nomenklaturu gdje je svakoj podjedinici dodeljeno slovo na način koji nije povezan sa bilo kojim drugim sistemom. Exactly which RNAP they are most similar to is a topic of debate. Većina drugih virusa koji sintetiziraju RNK koriste nepovezane mehanizme.

Mnogi virusi koriste RNKP koji ovisi o jednoj podjedinici (ssRNKP) , strukturno i mehanički povezanom sa jednostavnom podjedinicom RNKP-om eukariotskih hloroplasta (RpoT) i mitohondrija (POLRMT), a što je dalje i za DNK-polimeraze  i reverzne transkriptaze . Možda je najšire proučavan takav jednojedinični RNKP bakteriofaga T7 RNK polimeraza. ssRNAP-ovi ne mogu lektorirati.

## Historija
RNKP su nezavisno otkrili Charles Loe, Audrey Stevens i Jerard Hurwitz 1960. Do tada je polovinu Nobelove nagrada za fiziologiju ili medicinu  dobio Severo Ochoa, za otkriće onoga za šta se vjerovalo da je RNKP, ,, ali se umjesto toga pokazalo da je to  polinukleotid fosforilaza.

## Prečišćavanje
RNK-polimeraza može se izolirati na sljedeće načine:
* Hromatografija;
*Glicerolskim gradijentom centrifugiranja;
*Dnk kolonom;
*Kolonom ionske hromatografije;

Također se primjenjuju i kombinacije gore navedenih tehnika.

## Također pogledajte
*Polimeraza
*Primaza

## Reference 
## Vanjski linkovi 
*DNAi – DNA Interactive, including information and Flash clips on RNA Polymerase.
* 
* 
* RNA Polymerase – Synthesis RNA from DNA Template
(Wayback Machine copy)
*3D macromolecular structures of RNA Polymerase from the EM Data Bank(EMDB)

Kategorija:Ekspresija gena
Kategorija:RNK
Kategorija:Enzimi
Kategorija:EC 2.7.7