¿La ARN polimerasa se mueve alrededor del ADN o el ADN gira debajo de la polimerasa?

Estoy pensando específicamente en el genoma humano, pero las respuestas más generales son bienvenidas.

A medida que la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hélice del ADN, sigue una sola hebra. Las dos hebras de ADN se desenrollan localmente por una enzima helicasa. Sin embargo, después de cierta distancia, me imagino que la polimerasa debe moverse alrededor del eje del ADN O el ADN debe girar de alguna manera a lo largo de su longitud para aliviar la torsión de la polimerasa.

No puedo entender cómo el ADN es libre de rotar, siendo parte de una molécula muy larga. Sin embargo, la otra opción también me está causando un problema: el ARNm en crecimiento (naciente) puede tener decenas de miles de bases mientras aún está unido a la ARN polimerasa y la plantilla de ADN. Si la ARN polimerasa sigue la hélice del ADN, ¿también arrastra consigo el transcrito completo?

Mi recompensa surge al ver esta animación de WEHI , donde la primera secuencia ignora la necesidad de rotación y muestra que tanto la ARN polimerasa como el ADN carecen de rotación. La segunda secuencia muestra el ADN girando y la ARN polimerasa estática. ¿La segunda secuencia es precisa o también una aproximación a la realidad? ¿Cómo acomoda el ADN las decenas de miles de revoluciones requeridas para secuencias largas?
No estoy seguro de que la pregunta tenga mucho sentido. Si un objeto está 'girando' o no, debe discutirse en relación con un marco de referencia común o con otro objeto. Una enzima (como una polimerasa) es mucho más pequeña que un cromosoma, en muchos órdenes de magnitud. El ADN es flexible, por supuesto, y requiere doblarse, torcerse y otros cambios de configuración locales para funcionar. Pero, de nuevo, ¡un cromosoma es una molécula enorme! Es como preguntar si se mueve un pasajero (polimerasa), o si es el tren (cromosoma) el que se mueve. Claramente ambos se mueven, pero a diferentes escalas temporales y espaciales.
@TumbiSapichu la conclusión es que la ARN polimerasa debe rotar con respecto al ADN. El marco de referencia obvio es el solvente en el que ambos están suspendidos. Si la polimerasa gira con el solvente, entonces el ARN que genera terminará enrollado alrededor del ADN, ¿no es así? Si no, entonces la polimerasa debe haber estado estacionaria y el ADN era el que rotaba con el solvente. La pregunta es cuál es, y si es esto último, cómo se adapta el ADN a tal torsión, siendo una molécula muy larga.

Respuestas (4)

Tanto el complejo de polimerasa de ADN como el de ARN se mueven a lo largo de la molécula de ADN como si fuera una pista. Si bien el nuevo ARNm es grande, nunca será tan grande como el genoma completo, por lo que el punto de referencia es la molécula de ADN. Además, el funcionamiento del movimiento de estas enzimas es bastante similar al de otras proteínas que mueven polímeros largos "trepadores", como los polímeros de actina o los microtúbulos.

Uno de los modelos teóricos que describe el movimiento de este tipo de proteínas es el modelo de difusión térmica rectificada, basado en la idea del trinquete browniano de Richard Feynman. Un trinquete browniano es un dispositivo que permite la conversión de movimientos aleatorios brownianos en una fuerza direccional.

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

Las polimerasas consumen ATP, lo que les permite sufrir cambios conformacionales cíclicos (un cambio por ATP consumido), lo que permite que el complejo se una a la molécula y se desprenda. Una vez que el complejo se ha desprendido, por simple difusión se mueve en una dirección aleatoria. Luego, se vuelve a unir. Si el movimiento se ha producido en el sentido correcto, se quedará donde terminó, mientras que si se ha ido en el sentido equivocado volverá a su posición anterior. Como solo se permiten unos pocos movimientos, el complejo solo se moverá en ese sentido, incluso si la fuerza del motor es aleatoria.

No sé exactamente qué cambios conformacionales ocurren en la ARN polimerasa, pero este proceso general parece aplicarse a casi cualquier proteína móvil, incluidas las enzimas que viajan a través de los polímeros. Dado que la fuerza del motor es la difusión simple, y dado que la molécula de ARNm no necesita "viajar" con la polimerasa (simplemente flota unida a ella, pero no "jala"), creo que no hay ningún problema con este.

Estoy pensando más en la topología de cadenas de ARN y ADN. ¿Qué sucede con el ARNm/ADN a medida que la polimerasa se mueve alrededor de la espiral del ADN?
Los ARNm son monocatenarios, por lo que no tienen problemas de superenrollamiento. El complejo de ARN polimerasa lleva actividad de helicasa y topoisomerasa para relajar el ADN, porque necesita separar ambas hebras del ADN y porque el movimiento cambia el enrollamiento en el ADN, ya que provocan un superenrollamiento positivo delante de la enzima y un superenrollamiento negativo detrás. . El artículo de wikipedia es bastante bueno: en.wikipedia.org/wiki/RNA_polymerase
Creo que está haciendo una pregunta diferente. En algún momento, el ARN debe enrollarse alrededor del ADN si el RNAP gira alrededor del ADN.

La respuesta parcial de Miguel ayudó mucho, pero necesitaba ir y leer sobre la parte extra que me faltaba: las topoisomerasas .

El ADN se desenrolla debajo de la ARN polimerasa, lo que provoca un superenrollamiento por delante y por detrás. Para que procedan las transcripciones largas, la teoría actual es que la plantilla de ADN debe cortarse, desenrollarse y volver a ligarse y que esto lo realizan las topoisomerasas .

Esto plantea preguntas sobre la frecuencia con la que el ADN se corta y se vuelve a ligar durante la transcripción activa y ¿produce esto un efecto notable (es decir, mutación)?

Existe una visión alternativa de que las polimerasas son una especie de motores de ADN que mueven el ADN mientras permanecen estáticos. No puedo encontrar esa referencia ahora, pero leí esto hace unos 5 años en un artículo de Nature Reviews. La noción de fábricas de transcripción y replicación también encaja en este modelo.

Regiones altamente transcritas tienen una mayor propensión a adquirir mutaciones [ 1 ].

Aunque no estoy seguro, la composición de la secuencia de los genes también podría tener un papel. El paso de la hélice junto con otros parámetros físicos dependen de la composición de la secuencia. Se ha demostrado que las regiones genéticas tienen una composición diferente en comparación con las regiones no transcritas (las regiones genéticas tienen un mayor contenido de GC [ 2 ].

Tendría que aceptar que las "fábricas de transcripción" (varias polimerasas de ARN y algunas otras proteínas combinadas) atraen el ADN y los factores de transcripción, y luego comienzan la transcripción mientras permanecen estáticos. Una de esas fábricas puede transcribir muchos genes a la vez. La mayoría de los libros y fuentes en línea aún describen que la polimerasa se mueve a lo largo del ADN y realiza la transcripción, pero se ha demostrado que esto es incorrecto. fuente: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8799830

Tampoco puedo encontrar el artículo sobre Nature, pero también escuché sobre él.

¿La ARN polimerasa se mueve alrededor del ADN o el ADN gira debajo de la polimerasa?
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