Alle, der studerer molekylærbiologi, biokemi, genteknologi og en række andre relaterede videnskaber, stiller før eller siden spørgsmålet: hvad er RNA-polymerases funktion? Dette er et ret komplekst emne, som stadig ikke er fuldt udforsket, men ikke desto mindre vil det kendte blive dækket inden for rammerne af artiklen.
Generelle oplysninger
Det er nødvendigt at huske, at der er en RNA-polymerase af eukaryoter og prokaryoter. Den første er yderligere opdelt i tre typer, som hver især er ansvarlige for transskriptionen af en separat gruppe af gener. Disse enzymer er for nemheds skyld nummereret som den første, anden og tredje RNA-polymerase. Prokaryoten, hvis struktur er kernefri, virker under transkription i overensstemmelse med et forenklet skema. Derfor vil eukaryoter blive overvejet for klarhedens skyld, for at dække så meget information som muligt. RNA-polymeraser ligner hinanden strukturelt. De menes at indeholde mindst 10 polypeptidkæder. Samtidig syntetiserer (transkriberer) RNA-polymerase 1 gener, der efterfølgende vil blive oversat til forskellige proteiner. Det andet er transskribering af gener, som efterfølgende oversættes til proteiner. RNA-polymerase 3 er repræsenteret af en række lavmolekylære stabile enzymer, der er moderatfølsom over for alfa-amatin. Men vi har ikke taget stilling til, hvad RNA-polymerase er! Dette er navnet på de enzymer, der er involveret i syntesen af ribonukleinsyremolekyler. I snæver forstand refererer dette til DNA-afhængige RNA-polymeraser, der virker på basis af en deoxyribonukleinsyreskabelon. Enzymer er af stor betydning for den langsigtede og vellykkede funktion af levende organismer. RNA-polymeraser findes i alle celler og de fleste vira.
Opdeling efter funktioner
Afhængigt af underenhedssammensætningen opdeles RNA-polymeraser i to grupper:
- Den første omhandler transskription af et lille antal gener i simple genomer. For at fungere i dette tilfælde er komplekse reguleringshandlinger ikke nødvendige. Derfor omfatter dette alle enzymer, der kun består af én underenhed. Et eksempel er RNA-polymerasen af bakteriofager og mitokondrier.
- Denne gruppe omfatter alle RNA-polymeraser af eukaryoter og bakterier, som er komplekse. De er indviklede multi-underenhedsproteinkomplekser, der kan transskribere tusindvis af forskellige gener. Under deres funktion reagerer disse gener på et stort antal regulatoriske signaler, der kommer fra proteinfaktorer og nukleotider.
En sådan strukturel-funktionel opdeling er en meget betinget og stærk forenkling af tingenes virkelige tilstand.
Hvad laver RNA-polymerase jeg?
De er tildelt funktionen at danne primærrRNA-gentransskriptioner, det vil sige, de er de vigtigste. Sidstnævnte er bedre kendt under betegnelsen 45S-RNA. Deres længde er cirka 13 tusind nukleotider. 28S-RNA, 18S-RNA og 5,8S-RNA dannes af det. På grund af det faktum, at der kun bruges én transkriptor til at skabe dem, modtager kroppen en "garanti" for, at molekylerne vil blive dannet i lige store mængder. Samtidig bruges kun 7 tusinde nukleotider til at skabe RNA direkte. Resten af transskriptionen nedbrydes i kernen. Med hensyn til en så stor rest er der en opfattelse af, at det er nødvendigt for de tidlige stadier af ribosomdannelse. Antallet af disse polymeraser i cellerne hos højere væsener svinger omkring mærket 40 tusinde enheder.
Hvordan er det organiseret?
Så vi har allerede overvejet den første RNA-polymerase (molekylets prokaryote struktur). Samtidig har store underenheder, såvel som et stort antal andre højmolekylære polypeptider, veldefinerede funktionelle og strukturelle domæner. Under kloningen af gener og bestemmelsen af deres primære struktur identificerede videnskabsmænd evolutionært konservative dele af kæderne. Ved hjælp af et godt udtryk har forskerne også udført mutationsanalyse, som giver os mulighed for at tale om den funktionelle betydning af individuelle domæner. For at gøre dette blev individuelle aminosyrer ændret i polypeptidkæder ved anvendelse af stedstyret mutagenese, og sådanne modificerede underenheder blev anvendt i samlingen af enzymer med efterfølgende analyse af de egenskaber, der blev opnået i disse konstruktioner. Det blev bemærket, at på grund af sin organisation, den første RNA-polymerase påtilstedeværelsen af alfa-amatin (et meget giftigt stof, der stammer fra den blege lappedykker) reagerer slet ikke.
Operation
Både den første og anden RNA-polymerase kan eksistere i to former. En af dem kan handle for at igangsætte specifik transskription. Den anden er DNA-afhængig RNA-polymerase. Dette forhold kommer til udtryk i omfanget af funktionsaktiviteten. Emnet er stadig under undersøgelse, men det er allerede kendt, at det afhænger af to transkriptionsfaktorer, som betegnes som SL1 og UBF. Det særlige ved sidstnævnte er, at det direkte kan binde til promotoren, mens SL1 kræver tilstedeværelsen af UBF. Selvom det eksperimentelt blev fundet, at DNA-afhængig RNA-polymerase kan deltage i transkription på et minim alt niveau og uden tilstedeværelsen af sidstnævnte. Men for den normale funktion af denne mekanisme er UBF stadig nødvendig. Hvorfor præcis? Indtil videre har det ikke været muligt at fastslå årsagen til denne adfærd. En af de mest populære forklaringer tyder på, at UBF fungerer som en slags rDNA-transskriptionsstimulator, når den vokser og udvikler sig. Når hvilefasen indtræffer, bibeholdes det minim alt nødvendige funktionsniveau. Og for ham er deltagelse af transskriptionsfaktorer ikke kritisk. Sådan virker RNA-polymerase. Funktionerne af dette enzym gør det muligt for os at understøtte processen med at reproducere de små "byggesten" i vores krop, takket være hvilken den konstant opdateres i årtier.
Anden gruppe af enzymer
Deres funktion reguleres af samlingen af et multiprotein præ-initieringskompleks af promotorer af anden klasse. Oftest kommer dette til udtryk i arbejde med specielle proteiner - aktivatorer. Et eksempel er TVR. Disse er de tilknyttede faktorer, der er en del af TFIID. De er mål for p53, NF kappa B og så videre. Proteiner, som kaldes coaktivatorer, udøver også deres indflydelse i reguleringsprocessen. Et eksempel er GCN5. Hvorfor er disse proteiner nødvendige? De fungerer som adaptere, der justerer interaktionen mellem aktivatorer og faktorer, der er inkluderet i præ-initieringskomplekset. For at transskription skal ske korrekt, er tilstedeværelsen af de nødvendige initierende faktorer nødvendig. På trods af at der er seks af dem, kan kun én interagere direkte med promotoren. I andre tilfælde er der behov for et foruddannet andet RNA-polymerasekompleks. Desuden er de proksimale elementer under disse processer i nærheden - kun 50-200 par fra det sted, hvor transkriptionen begyndte. De indeholder en indikation af bindingen af aktivatorproteiner.
Særlige funktioner
Påvirker underenhedsstrukturen af enzymer af forskellig oprindelse deres funktionelle rolle i transkription? Der er ikke noget præcist svar på dette spørgsmål, men det antages, at det højst sandsynligt er positivt. Hvordan afhænger RNA-polymerase af dette? Funktionerne af enzymer med en simpel struktur er transskription af et begrænset udvalg af gener (eller endda deres små dele). Et eksempel er syntesen af RNA-primere af Okazaki-fragmenter. Promotorspecificiteten af RNA-polymerasen af bakterier og fager er, at enzymerne har en simpel struktur og ikke adskiller sig i mangfoldighed. Dette kan ses i processen med DNA-replikation i bakterier. Selvom man også kan overveje dette: da den komplekse struktur af genomet af en jævn T-fag blev undersøgt, under udviklingen af hvilken multiple transkriptionsskift mellem forskellige grupper af gener blev bemærket, blev det afsløret, at en kompleks værts-RNA-polymerase blev brugt for det. Det vil sige, at et simpelt enzym ikke induceres i sådanne tilfælde. En række konsekvenser følger af dette:
- Eukaryot og bakteriel RNA-polymerase bør være i stand til at genkende forskellige promotorer.
- Det er nødvendigt, at enzymer har en vis respons på forskellige regulatoriske proteiner.
- RNA-polymerase bør også være i stand til at ændre specificiteten af genkendelsen af nukleotidsekvensen af template-DNA. Til dette bruges forskellige proteineffektorer.
Herfra følger kroppens behov for yderligere "bygnings"-elementer. Proteinerne i transkriptionskomplekset hjælper RNA-polymerasen til fuldt ud at udføre sine funktioner. Dette gælder i vid udstrækning for enzymer af en kompleks struktur, i hvis muligheder implementering af et omfattende program til implementering af genetisk information. Takket være forskellige opgaver kan vi observere en slags hierarki i strukturen af RNA-polymeraser.
Hvordan fungerer transskriptionsprocessen?
Er der et gen, der er ansvarlig for kommunikation medRNA polymerase? Først om transkription: hos eukaryoter foregår processen i kernen. Hos prokaryoter foregår det i selve mikroorganismen. Polymerase-interaktionen er baseret på det grundlæggende strukturelle princip om komplementær parring af individuelle molekyler. Med hensyn til interaktionsspørgsmål kan vi sige, at DNA udelukkende fungerer som en skabelon og ikke ændres under transkription. Da DNA er et integreret enzym, er det muligt at sige med sikkerhed, at et bestemt gen er ansvarligt for denne polymer, men det vil være meget langt. Det skal ikke glemmes, at DNA indeholder 3,1 milliarder nukleotidrester. Derfor ville det være mere passende at sige, at hver type RNA er ansvarlig for sit eget DNA. For at polymerasereaktionen kan fortsætte, er energikilder og ribonukleosidtriphosphatsubstrater nødvendige. I deres tilstedeværelse dannes 3', 5'-phosphodiesterbindinger mellem ribonukleosidmonofosfater. RNA-molekylet begynder at blive syntetiseret i visse DNA-sekvenser (promotorer). Denne proces slutter ved de afsluttende sektioner (terminering). Det websted, der er involveret her, kaldes transkriptionen. I eukaryoter er der som regel kun ét gen her, mens prokaryoter kan have flere dele af koden. Hver transkripton har en ikke-informativ zone. De indeholder specifikke nukleotidsekvenser, der interagerer med de tidligere nævnte regulatoriske transkriptionsfaktorer.
Bakterielle RNA-polymeraser
Dissemikroorganismer et enzym er ansvarligt for syntesen af mRNA, rRNA og tRNA. Det gennemsnitlige polymerasemolekyle har ca. 5 underenheder. To af dem fungerer som bindende elementer i enzymet. En anden underenhed er involveret i initieringen af syntese. Der er også en enzymkomponent til ikke-specifik binding til DNA. Og den sidste underenhed er involveret i at bringe RNA-polymerasen i en arbejdsform. Det skal bemærkes, at enzymmolekylerne ikke er "frit" svævende i det bakterielle cytoplasma. Når de ikke er i brug, binder RNA-polymeraser til ikke-specifikke områder af DNA og venter på, at en aktiv promotor åbner sig. Lidt afvigende fra emnet skal det siges, at det er meget praktisk at studere proteiner og deres effekt på ribonukleinsyrepolymeraser på bakterier. Det er især praktisk at eksperimentere med dem for at stimulere eller undertrykke individuelle elementer. På grund af deres høje multiplikationshastighed kan det ønskede resultat opnås relativt hurtigt. Desværre kan menneskelig forskning ikke forløbe så hurtigt på grund af vores strukturelle mangfoldighed.
Hvordan "slår RNA-polymerase rod" i forskellige former?
Denne artikel er ved at nå sin logiske konklusion. Fokus var på eukaryoter. Men der er også arkæer og vira. Derfor vil jeg gerne være lidt opmærksom på disse livsformer. I archaeas liv er der kun én gruppe RNA-polymeraser. Men den ligner ekstremt meget i sine egenskaber de tre sammenslutninger af eukaryoter. Mange videnskabsmænd har foreslået, at det, vi kan observere i archaea, faktisk erevolutionær stamfader til specialiserede polymeraser. Strukturen af vira er også interessant. Som tidligere nævnt har ikke alle sådanne mikroorganismer deres egen polymerase. Og hvor det er, er det en enkelt underenhed. Virale enzymer menes at være afledt af DNA-polymeraser snarere end komplekse RNA-konstruktioner. Selvom der på grund af mangfoldigheden af denne gruppe af mikroorganismer er forskellige implementeringer af den betragtede biologiske mekanisme.
Konklusion
Ak, lige nu har menneskeheden endnu ikke al den nødvendige information, der er nødvendig for at forstå genomet. Og hvad kunne man gøre! Næsten alle sygdomme har som udgangspunkt et genetisk grundlag – det gælder primært virus, der konstant volder os problemer, infektioner og så videre. De mest komplekse og uhelbredelige sygdomme er faktisk også direkte eller indirekte afhængige af det menneskelige genom. Når vi lærer at forstå os selv og anvende denne viden til vores fordel, vil en lang række problemer og sygdomme simpelthen ophøre med at eksistere. Mange tidligere forfærdelige sygdomme, såsom kopper og pest, er allerede blevet fortid. Forbereder sig på at gå der fåresyge, kighoste. Men vi skal ikke slappe af, for vi står stadig over for en lang række forskellige udfordringer, der skal besvares. Og han vil blive fundet, for alt er på vej mod dette.
