Alle som studerer molekylærbiologi, biokjemi, genteknologi og en rekke andre relaterte vitenskaper stiller før eller siden spørsmålet: hva er funksjonen til RNA-polymerase? Dette er et ganske komplekst tema, som fortsatt ikke er fullt ut utforsket, men det som er kjent vil likevel bli dekket innenfor rammen av artikkelen.
Generell informasjon
Det er nødvendig å huske at det er en RNA-polymerase av eukaryoter og prokaryoter. Den første er videre delt inn i tre typer, som hver er ansvarlig for transkripsjonen av en egen gruppe gener. Disse enzymene er nummerert for enkelhets skyld som den første, andre og tredje RNA-polymerasen. Prokaryoten, hvis struktur er atomfri, under transkripsjon virker i henhold til et forenklet skjema. Derfor, for klarhets skyld, for å dekke så mye informasjon som mulig, vil eukaryoter bli vurdert. RNA-polymeraser er strukturelt like hverandre. De antas å inneholde minst 10 polypeptidkjeder. Samtidig syntetiserer (transkriberer) RNA-polymerase 1 gener som senere vil bli oversatt til ulike proteiner. Den andre er transkribering av gener, som deretter blir oversatt til proteiner. RNA polymerase 3 er representert av en rekke lavmolekylære stabile enzymer som moderatfølsom for alfa-amatin. Men vi har ikke bestemt oss for hva RNA-polymerase er! Dette er navnet på enzymene som er involvert i syntesen av ribonukleinsyremolekyler. I snever forstand refererer dette til DNA-avhengige RNA-polymeraser som virker på grunnlag av en deoksyribonukleinsyremal. Enzymer er av stor betydning for langsiktig og vellykket funksjon av levende organismer. RNA-polymeraser finnes i alle celler og de fleste virus.
divisjon etter funksjoner
Avhengig av underenhetssammensetningen deles RNA-polymeraser inn i to grupper:
- Den første omhandler transkripsjon av et lite antall gener i enkle genomer. For å fungere i dette tilfellet er det ikke nødvendig med komplekse regulatoriske handlinger. Derfor inkluderer dette alle enzymer som kun består av én underenhet. Et eksempel er RNA-polymerasen til bakteriofager og mitokondrier.
- Denne gruppen inkluderer alle RNA-polymeraser av eukaryoter og bakterier, som er komplekse. De er intrikate proteinkomplekser med flere underenheter som kan transkribere tusenvis av forskjellige gener. Under deres funksjon reagerer disse genene på et stort antall regulatoriske signaler som kommer fra proteinfaktorer og nukleotider.
En slik strukturell-funksjonell inndeling er en svært betinget og sterk forenkling av tingenes virkelige tilstand.
Hva gjør RNA-polymerase jeg?
De er tildelt funksjonen å danne primærrRNA-gentranskripsjoner, det vil si at de er de viktigste. Sistnevnte er bedre kjent under betegnelsen 45S-RNA. Lengden deres er omtrent 13 tusen nukleotider. 28S-RNA, 18S-RNA og 5,8S-RNA dannes fra det. På grunn av det faktum at bare en transkriptor brukes til å lage dem, mottar kroppen en "garanti" for at molekylene vil bli dannet i like store mengder. Samtidig brukes bare 7 tusen nukleotider til å lage RNA direkte. Resten av transkripsjonen degraderes i kjernen. Når det gjelder en så stor rest, er det en oppfatning at det er nødvendig for de tidlige stadiene av ribosomdannelse. Antallet av disse polymerasene i cellene til høyere vesener svinger rundt merket på 40 tusen enheter.
Hvordan er det organisert?
Så vi har allerede vurdert den første RNA-polymerasen (prokaryot struktur av molekylet). Samtidig har store underenheter, samt et stort antall andre polypeptider med høy molekylvekt, veldefinerte funksjonelle og strukturelle domener. Under kloningen av gener og bestemmelsen av deres primære struktur, identifiserte forskere evolusjonært konservative deler av kjedene. Ved å bruke godt uttrykk gjennomførte forskerne også mutasjonsanalyse, som lar oss snakke om den funksjonelle betydningen av individuelle domener. For å gjøre dette, ved bruk av stedsrettet mutagenese, ble individuelle aminosyrer endret i polypeptidkjeder, og slike modifiserte underenheter ble brukt i sammensetningen av enzymer med påfølgende analyse av egenskapene som ble oppnådd i disse konstruksjonene. Det ble bemerket at på grunn av sin organisasjon, den første RNA-polymerase påtilstedeværelsen av alfa-amatin (et svært giftig stoff som stammer fra den bleke lappen) reagerer ikke i det hele tatt.
Operation
Både den første og andre RNA-polymerasen kan eksistere i to former. En av dem kan handle for å starte spesifikk transkripsjon. Den andre er DNA-avhengig RNA-polymerase. Dette forholdet manifesteres i omfanget av funksjonsaktiviteten. Temaet er fortsatt under etterforskning, men det er allerede kjent at det avhenger av to transkripsjonsfaktorer, som er betegnet som SL1 og UBF. Det særegne ved sistnevnte er at det kan binde seg direkte til promoteren, mens SL1 krever tilstedeværelse av UBF. Selv om det eksperimentelt ble funnet at DNA-avhengig RNA-polymerase kan ta del i transkripsjon på et minim alt nivå og uten tilstedeværelse av sistnevnte. Men for normal funksjon av denne mekanismen, er UBF fortsatt nødvendig. Hvorfor akkurat? Så langt har det ikke vært mulig å fastslå årsaken til denne oppførselen. En av de mest populære forklaringene antyder at UBF fungerer som en slags rDNA-transkripsjonsstimulator når den vokser og utvikler seg. Når hvilefasen inntreffer, opprettholdes minimumskravet funksjonsnivå. Og for ham er deltakelsen av transkripsjonsfaktorer ikke kritisk. Dette er hvordan RNA-polymerase fungerer. Funksjonene til dette enzymet tillater oss å støtte prosessen med å reprodusere de små "byggesteinene" i kroppen vår, takket være at den kontinuerlig oppdateres i flere tiår.
Andre gruppe enzymer
Deres funksjon er regulert av sammenstillingen av et multiprotein pre-initieringskompleks av promotorer av andre klasse. Oftest kommer dette til uttrykk i arbeid med spesielle proteiner - aktivatorer. Et eksempel er TVR. Dette er de tilknyttede faktorene som er en del av TFIID. De er mål for p53, NF kappa B og så videre. Proteiner, som kalles koaktivatorer, utøver også sin innflytelse i reguleringsprosessen. Et eksempel er GCN5. Hvorfor trengs disse proteinene? De fungerer som adaptere som justerer interaksjonen mellom aktivatorer og faktorer som er inkludert i pre-initieringskomplekset. For at transkripsjon skal skje riktig, er tilstedeværelsen av de nødvendige initierende faktorene nødvendig. Til tross for at det er seks av dem, kan bare én samhandle direkte med promotøren. For andre tilfeller er et forhåndsformet andre RNA-polymerasekompleks nødvendig. I løpet av disse prosessene er dessuten de proksimale elementene i nærheten - bare 50-200 par fra stedet der transkripsjonen begynte. De inneholder en indikasjon på bindingen av aktivatorproteiner.
Spesialfunksjoner
Påvirker underenhetsstrukturen til enzymer av ulik opprinnelse deres funksjonelle rolle i transkripsjon? Det finnes ikke noe eksakt svar på dette spørsmålet, men det antas at det mest sannsynlig er positivt. Hvordan er RNA-polymerase avhengig av dette? Funksjonene til enzymer med en enkel struktur er transkripsjon av et begrenset utvalg av gener (eller til og med deres små deler). Et eksempel er syntesen av RNA-primere av Okazaki-fragmenter. Promotorspesifisiteten til RNA-polymerasen til bakterier og fager er at enzymene har en enkel struktur og ikke er forskjellige i mangfold. Dette kan sees i prosessen med DNA-replikasjon i bakterier. Selv om man også kan vurdere dette: når den komplekse strukturen til genomet til en jevn T-fag ble studert, under utviklingen av hvilken multippel transkripsjonsveksling mellom forskjellige grupper av gener ble notert, ble det avslørt at en kompleks verts-RNA-polymerase ble brukt for dette. Det vil si at et enkelt enzym ikke induseres i slike tilfeller. En rekke konsekvenser følger av dette:
- Eukaryot og bakteriell RNA-polymerase bør kunne gjenkjenne forskjellige promotere.
- Det er nødvendig at enzymer har en viss respons på forskjellige regulatoriske proteiner.
- RNA-polymerase bør også være i stand til å endre spesifisiteten for gjenkjennelse av nukleotidsekvensen til mal-DNA. Til dette brukes ulike proteineffektorer.
Herfra følger kroppens behov for ytterligere «bygge»-elementer. Proteinene i transkripsjonskomplekset hjelper RNA-polymerasen til å utføre sine funksjoner fullt ut. Dette gjelder i størst grad for enzymer av en kompleks struktur, i mulighetene for implementering av et omfattende program for implementering av genetisk informasjon. Takket være ulike oppgaver kan vi observere et slags hierarki i strukturen til RNA-polymeraser.
Hvordan fungerer transkripsjonsprosessen?
Er det et gen som er ansvarlig for kommunikasjon medRNA polymerase? Først om transkripsjon: hos eukaryoter skjer prosessen i kjernen. Hos prokaryoter foregår det i selve mikroorganismen. Polymeraseinteraksjonen er basert på det grunnleggende strukturelle prinsippet om komplementær sammenkobling av individuelle molekyler. Når det gjelder interaksjonsspørsmål, kan vi si at DNA utelukkende fungerer som en mal og ikke endres under transkripsjon. Siden DNA er et integrert enzym, er det mulig å si sikkert at et bestemt gen er ansvarlig for denne polymeren, men den vil være veldig lang. Det bør ikke glemmes at DNA inneholder 3,1 milliarder nukleotidrester. Derfor ville det være mer passende å si at hver type RNA er ansvarlig for sitt eget DNA. For at polymerasereaksjonen skal fortsette, trengs energikilder og ribonukleosidtrifosfatsubstrater. I deres nærvær dannes 3', 5'-fosfodiesterbindinger mellom ribonukleosidmonofosfater. RNA-molekylet begynner å bli syntetisert i visse DNA-sekvenser (promotere). Denne prosessen avsluttes ved de avsluttende seksjonene (terminering). Nettstedet som er involvert her kalles transkripsjonen. I eukaryoter er det som regel bare ett gen her, mens prokaryoter kan ha flere deler av koden. Hver transkripsjon har en ikke-informativ sone. De inneholder spesifikke nukleotidsekvenser som interagerer med de regulatoriske transkripsjonsfaktorene nevnt tidligere.
Bakterielle RNA-polymeraser
Dissemikroorganismer ett enzym er ansvarlig for syntesen av mRNA, rRNA og tRNA. Det gjennomsnittlige polymerasemolekylet har omtrent 5 underenheter. To av dem fungerer som bindende elementer i enzymet. En annen underenhet er involvert i initieringen av syntese. Det er også en enzymkomponent for uspesifikk binding til DNA. Og den siste underenheten er involvert i å bringe RNA-polymerasen til en fungerende form. Det skal bemerkes at enzymmolekylene ikke er "frie" flytende i det bakterielle cytoplasmaet. Når de ikke er i bruk, binder RNA-polymeraser seg til ikke-spesifikke områder av DNA og venter på at en aktiv promoter åpner seg. Litt avvikende fra emnet, skal det sies at det er veldig praktisk å studere proteiner og deres effekt på ribonukleinsyrepolymeraser på bakterier. Det er spesielt praktisk å eksperimentere med dem for å stimulere eller undertrykke individuelle elementer. På grunn av deres høye multiplikasjonshastighet kan det ønskede resultatet oppnås relativt raskt. Dessverre, menneskelig forskning kan ikke fortsette så raskt på grunn av vårt strukturelle mangfold.
Hvordan "slått rot" RNA-polymerase i forskjellige former?
Denne artikkelen kommer til sin logiske konklusjon. Fokuset var på eukaryoter. Men det finnes også arkea og virus. Derfor vil jeg vie litt oppmerksomhet til disse livsformene. I livet til archaea er det bare én gruppe RNA-polymeraser. Men den er ekstremt lik i sine egenskaper de tre assosiasjonene til eukaryoter. Mange forskere har antydet at det vi kan observere i arkea faktisk erevolusjonær stamfar til spesialiserte polymeraser. Strukturen til virus er også interessant. Som tidligere nevnt har ikke alle slike mikroorganismer sin egen polymerase. Og der det er, er det en enkelt underenhet. Virale enzymer antas å være avledet fra DNA-polymeraser i stedet for komplekse RNA-konstruksjoner. Selv om det, på grunn av mangfoldet til denne gruppen av mikroorganismer, er forskjellige implementeringer av den betraktede biologiske mekanismen.
Konklusjon
Akk, akkurat nå har ikke menneskeheten all den nødvendige informasjonen som trengs for å forstå genomet. Og hva kan gjøres! Nesten alle sykdommer har i utgangspunktet et genetisk grunnlag – dette gjelder først og fremst virus som stadig gir oss problemer, infeksjoner og så videre. De mest komplekse og uhelbredelige sykdommene er faktisk også direkte eller indirekte avhengige av det menneskelige genom. Når vi lærer å forstå oss selv og anvende denne kunnskapen til vår fordel, vil et stort antall problemer og sykdommer rett og slett slutte å eksistere. Mange tidligere forferdelige sykdommer, som kopper og pest, har allerede blitt en saga blott. Forbereder seg på å gå dit kusma, kikhoste. Men vi skal ikke slappe av, for vi står fortsatt overfor en lang rekke ulike utfordringer som må besvares. Og han vil bli funnet, for alt går mot dette.
