Alla som studerar molekylärbiologi, biokemi, genteknik och en rad andra relaterade vetenskaper ställer sig förr eller senare frågan: vad är RNA-polymerasets funktion? Detta är ett ganska komplicerat ämne, som fortfarande inte är helt utforskat, men ändå kommer det som är känt att behandlas inom ramen för artikeln.
Allmän information
Det är nödvändigt att komma ihåg att det finns ett RNA-polymeras av eukaryoter och prokaryoter. Den första är ytterligare uppdelad i tre typer, som var och en är ansvarig för transkriptionen av en separat grupp av gener. Dessa enzymer är för enkelhets skull numrerade som de första, andra och tredje RNA-polymeraserna. Prokaryoten, vars struktur är kärnvapenfri, verkar under transkription enligt ett förenklat schema. Därför, för tydlighetens skull, för att täcka så mycket information som möjligt, kommer eukaryoter att övervägas. RNA-polymeraser är strukturellt lika varandra. De tros innehålla minst 10 polypeptidkedjor. Samtidigt syntetiserar (transkriberar) RNA-polymeras 1 gener som sedan kommer att översättas till olika proteiner. Den andra är att transkribera gener, som sedan översätts till proteiner. RNA-polymeras 3 representeras av en mängd lågmolekylära stabila enzymer som måttligtkänslig för alfa-amatin. Men vi har inte bestämt oss för vad RNA-polymeras är! Detta är namnet på enzymerna som är involverade i syntesen av ribonukleinsyramolekyler. I en snäv mening hänvisar detta till DNA-beroende RNA-polymeraser som verkar på basis av en deoxiribonukleinsyramall. Enzymer är av stor betydelse för levande organismers långsiktiga och framgångsrika funktion. RNA-polymeraser finns i alla celler och de flesta virus.
Division by features
Beroende på subenhetssammansättningen delas RNA-polymeraser in i två grupper:
- Den första handlar om transkription av ett litet antal gener i enkla genom. För att fungera i detta fall krävs inga komplicerade regleringsåtgärder. Därför inkluderar detta alla enzymer som endast består av en subenhet. Ett exempel är RNA-polymeraset från bakteriofager och mitokondrier.
- Denna grupp inkluderar alla RNA-polymeraser från eukaryoter och bakterier, som är komplexa. De är invecklade proteinkomplex med flera underenheter som kan transkribera tusentals olika gener. Under sin funktion svarar dessa gener på ett stort antal regulatoriska signaler som kommer från proteinfaktorer och nukleotider.
En sådan strukturell-funktionell uppdelning är en mycket villkorad och stark förenkling av det verkliga tillståndet.
Vad gör RNA-polymeras jag?
De tilldelas funktionen att bilda primärarRNA-gentranskript, det vill säga de är de viktigaste. De senare är mer kända under beteckningen 45S-RNA. Deras längd är cirka 13 tusen nukleotider. 28S-RNA, 18S-RNA och 5,8S-RNA bildas av det. På grund av det faktum att endast en transkriptor används för att skapa dem, får kroppen en "garanti" att molekylerna kommer att bildas i lika stora mängder. Samtidigt används bara 7 tusen nukleotider för att skapa RNA direkt. Resten av transkriptet bryts ned i kärnan. När det gäller en så stor rest finns det en åsikt att det är nödvändigt för de tidiga stadierna av ribosombildning. Antalet av dessa polymeraser i cellerna hos högre varelser fluktuerar runt märket 40 tusen enheter.
Hur är det organiserat?
Så, vi har redan väl övervägt det första RNA-polymeraset (molekylens prokaryota struktur). Samtidigt har stora subenheter, såväl som ett stort antal andra högmolekylära polypeptider, väldefinierade funktionella och strukturella domäner. Under kloningen av gener och bestämningen av deras primära struktur identifierade forskare evolutionärt konservativa delar av kedjorna. Med hjälp av bra uttryck genomförde forskarna också mutationsanalys, vilket gör att vi kan prata om den funktionella betydelsen av enskilda domäner. För att göra detta, med användning av platsriktad mutagenes, ändrades individuella aminosyror i polypeptidkedjor, och sådana modifierade subenheter användes vid sammansättningen av enzymer med efterföljande analys av egenskaperna som erhölls i dessa konstruktioner. Det noterades att på grund av sin organisation, det första RNA-polymeraset påförekomsten av alfa-amatin (ett mycket giftigt ämne som kommer från den bleka doppingen) reagerar inte alls.
Operation
Både det första och andra RNA-polymeraset kan existera i två former. En av dem kan agera för att initiera specifik transkription. Den andra är DNA-beroende RNA-polymeras. Detta förhållande manifesteras i omfattningen av aktiviteten att fungera. Ämnet är fortfarande under utredning, men det är redan känt att det beror på två transkriptionsfaktorer, som betecknas som SL1 och UBF. Det speciella med det senare är att det direkt kan binda till promotorn, medan SL1 kräver närvaron av UBF. Även om man experimentellt fann att DNA-beroende RNA-polymeras kan delta i transkription på en minimal nivå och utan närvaro av det senare. Men för att denna mekanism ska fungera norm alt behövs fortfarande UBF. Varför exakt? Hittills har det inte varit möjligt att fastställa orsaken till detta beteende. En av de mest populära förklaringarna antyder att UBF fungerar som en slags rDNA-transkriptionsstimulator när den växer och utvecklas. När vilofasen inträffar bibehålls den minsta nödvändiga funktionsnivån. Och för honom är deltagandet av transkriptionsfaktorer inte kritiskt. Så här fungerar RNA-polymeras. Funktionerna hos detta enzym tillåter oss att stödja processen att reproducera de små "byggstenarna" i vår kropp, tack vare vilka det ständigt uppdateras i årtionden.
Andra gruppen av enzymer
Deras funktion regleras av sammansättningen av ett multiprotein-förinitieringskomplex av promotorer av den andra klassen. Oftast uttrycks detta i arbete med speciella proteiner - aktivatorer. Ett exempel är TVR. Dessa är de associerade faktorerna som är en del av TFIID. De är mål för p53, NF kappa B och så vidare. Proteiner, som kallas koaktivatorer, utövar också sitt inflytande i regleringsprocessen. Ett exempel är GCN5. Varför behövs dessa proteiner? De fungerar som adaptrar som justerar interaktionen mellan aktivatorer och faktorer som ingår i förinitieringskomplexet. För att transkription ska ske korrekt är närvaron av de nödvändiga initierande faktorerna nödvändig. Trots att det finns sex av dem kan bara en interagera direkt med promotorn. För andra fall behövs ett förformat andra RNA-polymeraskomplex. Dessutom, under dessa processer, är de proximala elementen i närheten - bara 50-200 par från platsen där transkriptionen började. De innehåller en indikation på bindningen av aktivatorproteiner.
Specialfunktioner
Påverkar underenhetsstrukturen hos enzymer av olika ursprung deras funktionella roll vid transkription? Det finns inget exakt svar på denna fråga, men man tror att den med största sannolikhet är positiv. Hur beror RNA-polymeras på detta? Funktionerna hos enzymer med en enkel struktur är transkription av ett begränsat antal gener (eller till och med deras små delar). Ett exempel är syntesen av RNA-primrar av Okazaki-fragment. Promotorspecificiteten för RNA-polymeraset från bakterier och fager är att enzymerna har en enkel struktur och inte skiljer sig åt i mångfald. Detta kan ses i processen för DNA-replikation i bakterier. Även om man också kan överväga detta: när den komplexa strukturen av genomet av en jämn T-fag studerades, under utvecklingen av vilken multipel transkriptionsväxling mellan olika grupper av gener noterades, avslöjades det att ett komplext värd-RNA-polymeras användes för detta. Det vill säga, ett enkelt enzym induceras inte i sådana fall. Ett antal konsekvenser följer av detta:
- Eukaryot och bakteriellt RNA-polymeras bör kunna känna igen olika promotorer.
- Det är nödvändigt att enzymer har en viss respons på olika regulatoriska proteiner.
- RNA-polymeras bör också kunna ändra specificiteten för igenkänning av nukleotidsekvensen för mall-DNA. För detta används olika proteineffektorer.
Härifrån följer kroppens behov av ytterligare "byggande" element. Proteinerna i transkriptionskomplexet hjälper RNA-polymeraset att fullt ut utföra sina funktioner. Detta gäller i största utsträckning enzymer med en komplex struktur, i vilkas möjligheter genomförandet av ett omfattande program för implementering av genetisk information. Tack vare olika uppgifter kan vi observera en sorts hierarki i strukturen av RNA-polymeraser.
Hur fungerar transkriptionsprocessen?
Finns det en gen som ansvarar för kommunikationen medRNA-polymeras? För det första om transkription: hos eukaryoter sker processen i kärnan. Hos prokaryoter sker det i själva mikroorganismen. Polymerasinteraktionen är baserad på den grundläggande strukturella principen om komplementär parning av individuella molekyler. När det gäller interaktionsfrågor kan vi säga att DNA uteslutande fungerar som en mall och inte förändras under transkription. Eftersom DNA är ett integrerat enzym är det möjligt att med säkerhet säga att en viss gen är ansvarig för denna polymer, men den kommer att vara väldigt lång. Man bör inte glömma att DNA innehåller 3,1 miljarder nukleotidrester. Därför skulle det vara mer lämpligt att säga att varje typ av RNA är ansvarig för sitt eget DNA. För att polymerasreaktionen ska fortsätta behövs energikällor och ribonukleosidtrifosfatsubstrat. I deras närvaro bildas 3', 5'-fosfodiesterbindningar mellan ribonukleosidmonofosfater. RNA-molekylen börjar syntetiseras i vissa DNA-sekvenser (promotorer). Denna process slutar vid de avslutande sektionerna (terminering). Webbplatsen som är inblandad här kallas transkriptionen. I eukaryoter finns som regel bara en gen här, medan prokaryoter kan ha flera delar av koden. Varje transkription har en icke-informativ zon. De innehåller specifika nukleotidsekvenser som interagerar med de reglerande transkriptionsfaktorer som nämnts tidigare.
Bakteriella RNA-polymeraser
Dessamikroorganismer ett enzym är ansvarigt för syntesen av mRNA, rRNA och tRNA. Den genomsnittliga polymerasmolekylen har cirka 5 subenheter. Två av dem fungerar som bindande element i enzymet. En annan subenhet är involverad i initieringen av syntes. Det finns också en enzymkomponent för ospecifik bindning till DNA. Och den sista subenheten är involverad i att föra RNA-polymeraset till en fungerande form. Det bör noteras att enzymmolekylerna inte är "fria" flytande i den bakteriella cytoplasman. När de inte används binder RNA-polymeraser till icke-specifika regioner av DNA och väntar på att en aktiv promotor ska öppnas. Lite avvikande från ämnet bör det sägas att det är mycket bekvämt att studera proteiner och deras effekt på ribonukleinsyrapolymeraser på bakterier. Det är särskilt bekvämt att experimentera med dem för att stimulera eller undertrycka enskilda element. På grund av deras höga multiplikationshastighet kan det önskade resultatet erhållas relativt snabbt. Tyvärr kan mänsklig forskning inte fortgå i så snabb takt på grund av vår strukturella mångfald.
Hur slog RNA-polymeras rot i olika former?
Den här artikeln kommer till sin logiska slutsats. Fokus låg på eukaryoter. Men det finns också arkéer och virus. Därför skulle jag vilja fästa lite uppmärksamhet vid dessa livsformer. I archaeas liv finns det bara en grupp av RNA-polymeraser. Men den är extremt lik i sina egenskaper de tre föreningarna av eukaryoter. Många forskare har föreslagit att vad vi kan observera i arkéer faktiskt ärevolutionära förfader till specialiserade polymeraser. Virusstrukturen är också intressant. Som tidigare nämnts har inte alla sådana mikroorganismer sitt eget polymeras. Och där det är är det en enda underenhet. Virala enzymer tros vara härledda från DNA-polymeraser snarare än komplexa RNA-konstruktioner. Även om det, på grund av mångfalden av denna grupp av mikroorganismer, finns olika implementeringar av den övervägda biologiska mekanismen.
Slutsats
Ack, just nu har mänskligheten ännu inte all nödvändig information som behövs för att förstå genomet. Och vad kan man göra! Nästan alla sjukdomar har i grunden en genetisk grund – det gäller framför allt virus som ständigt orsakar oss problem, infektioner osv. De mest komplexa och obotliga sjukdomarna är också i själva verket direkt eller indirekt beroende av det mänskliga genomet. När vi lär oss att förstå oss själva och tillämpa denna kunskap till vår fördel, kommer ett stort antal problem och sjukdomar helt enkelt att upphöra att existera. Många tidigare fruktansvärda sjukdomar, som smittkoppor och pest, har redan blivit ett minne blott. Förbereder sig för att åka dit påssjuka, kikhosta. Men vi ska inte slappna av, för vi står fortfarande inför ett stort antal olika utmaningar som måste besvaras. Och han kommer att hittas, för allt är på väg mot detta.
