Ikviens, kurš studē molekulāro bioloģiju, bioķīmiju, gēnu inženieriju un vairākas citas saistītas zinātnes, agrāk vai vēlāk uzdod jautājumu: kāda ir RNS polimerāzes funkcija? Šī ir diezgan sarežģīta tēma, kas joprojām nav pilnībā izpētīta, taču, tomēr, tas, kas ir zināms, tiks apskatīts raksta ietvaros.
Vispārīga informācija
Jāatceras, ka pastāv eikariotu un prokariotu RNS polimerāze. Pirmais ir vēl sadalīts trīs veidos, no kuriem katrs ir atbildīgs par atsevišķas gēnu grupas transkripciju. Šie fermenti vienkāršības labad ir numurēti kā pirmā, otrā un trešā RNS polimerāze. Prokariots, kura struktūra ir bez kodola, transkripcijas laikā darbojas saskaņā ar vienkāršotu shēmu. Tāpēc skaidrības labad, lai aptvertu pēc iespējas vairāk informācijas, tiks apsvērti eikarioti. RNS polimerāzes ir strukturāli līdzīgas viena otrai. Tiek uzskatīts, ka tie satur vismaz 10 polipeptīdu ķēdes. Tajā pašā laikā RNS polimerāze 1 sintezē (transkribē) gēnus, kas pēc tam tiks pārvērsti dažādos proteīnos. Otrais ir gēnu pārrakstīšana, kas pēc tam tiek pārvērsti proteīnos. RNS polimerāzi 3 pārstāv dažādi zemas molekulmasas stabili enzīmi, kas mērenijutīgs pret alfa amatīnu. Bet mēs neesam izlēmuši, kas ir RNS polimerāze! Šis ir ribonukleīnskābes molekulu sintēzē iesaistīto fermentu nosaukums. Šaurā nozīmē tas attiecas uz DNS atkarīgām RNS polimerāzēm, kas darbojas, pamatojoties uz dezoksiribonukleīnskābes šablonu. Fermentiem ir liela nozīme dzīvo organismu ilgstošai un veiksmīgai funkcionēšanai. RNS polimerāzes ir atrodamas visās šūnās un lielākajā daļā vīrusu.
Sadalījums pēc pazīmēm
Atkarībā no apakšvienību sastāva RNS polimerāzes iedala divās grupās:
- Pirmais attiecas uz neliela skaita gēnu transkripciju vienkāršos genomos. Lai darbotos šajā gadījumā, nav nepieciešamas sarežģītas regulējošas darbības. Tāpēc tas ietver visus fermentus, kas sastāv tikai no vienas apakšvienības. Piemērs ir bakteriofāgu un mitohondriju RNS polimerāze.
- Šajā grupā ietilpst visas eikariotu un baktēriju RNS polimerāzes, kas ir sarežģītas. Tie ir sarežģīti vairāku apakšvienību proteīnu kompleksi, kas var pārrakstīt tūkstošiem dažādu gēnu. Darbības laikā šie gēni reaģē uz lielu skaitu regulējošo signālu, kas nāk no proteīnu faktoriem un nukleotīdiem.
Šāds strukturāli funkcionāls iedalījums ir ļoti nosacīts un spēcīgs faktiskā stāvokļa vienkāršojums.
Ko es dara RNS polimerāze?
Tiem ir piešķirta primārā veidošanas funkcijarRNS gēnu transkripti, tas ir, tie ir vissvarīgākie. Pēdējie ir labāk pazīstami ar apzīmējumu 45S-RNS. To garums ir aptuveni 13 tūkstoši nukleotīdu. No tā veidojas 28S-RNS, 18S-RNS un 5,8S-RNS. Sakarā ar to, ka to izveidošanai tiek izmantots tikai viens transkriptors, organisms saņem “garantiju”, ka molekulas veidosies vienādos daudzumos. Tajā pašā laikā, lai tieši izveidotu RNS, tiek izmantoti tikai 7 tūkstoši nukleotīdu. Pārējā transkripta daļa tiek degradēta kodolā. Attiecībā uz tik lielu atlikumu pastāv viedoklis, ka tas ir nepieciešams ribosomu veidošanās sākuma stadijā. Šo polimerāžu skaits augstāko būtņu šūnās svārstās ap 40 tūkstošu vienību atzīmi.
Kā tas tiek organizēts?
Tātad, mēs jau esam labi apsvēruši pirmo RNS polimerāzi (molekulas prokariotu struktūru). Tajā pašā laikā lielām apakšvienībām, kā arī lielam skaitam citu augstas molekulmasas polipeptīdu ir labi definētas funkcionālās un strukturālās jomas. Gēnu klonēšanas un to primārās struktūras noteikšanas laikā zinātnieki identificēja evolucionāri konservatīvas ķēžu sadaļas. Izmantojot labu izteiksmi, pētnieki veica arī mutāciju analīzi, kas ļauj runāt par atsevišķu domēnu funkcionālo nozīmi. Lai to izdarītu, izmantojot uz vietas vērstu mutaģenēzi, atsevišķas aminoskābes tika mainītas polipeptīdu ķēdēs, un šādas modificētas apakšvienības tika izmantotas enzīmu montāžā, pēc tam analizējot šajās konstrukcijās iegūtās īpašības. Tika atzīmēts, ka tās organizācijas dēļ pirmā RNS polimerāze uzalfa-amatīns (ļoti toksiska viela, kas iegūta no gaišā sārta) nereaģē vispār.
Operācija
Gan pirmā, gan otrā RNS polimerāze var pastāvēt divās formās. Viens no tiem var darboties, lai uzsāktu īpašu transkripciju. Otrā ir no DNS atkarīga RNS polimerāze. Šīs attiecības izpaužas funkcionēšanas aktivitātes apjomā. Tēma joprojām tiek pētīta, taču jau zināms, ka tā ir atkarīga no diviem transkripcijas faktoriem, kas tiek apzīmēti kā SL1 un UBF. Pēdējā īpatnība ir tāda, ka tā var tieši saistīties ar promotoru, savukārt SL1 nepieciešama UBF klātbūtne. Lai gan eksperimentāli tika atklāts, ka no DNS atkarīgā RNS polimerāze var piedalīties transkripcijā minimālā līmenī un bez pēdējās klātbūtnes. Bet šī mehānisma normālai darbībai joprojām ir nepieciešams UBF. Kāpēc tieši? Pagaidām nav izdevies noskaidrot šādas uzvedības iemeslu. Viens no populārākajiem skaidrojumiem liecina, ka UBF aug un attīstās kā sava veida rDNS transkripcijas stimulators. Kad iestājas atpūtas fāze, tiek uzturēts minimālais nepieciešamais darbības līmenis. Un viņam transkripcijas faktoru līdzdalība nav kritiska. Šādi darbojas RNS polimerāze. Šī fermenta funkcijas ļauj mums atbalstīt mūsu ķermeņa mazo "celtniecības bloku" reproducēšanas procesu, pateicoties kuriem tas tiek pastāvīgi atjaunināts gadu desmitiem.
Otrā fermentu grupa
To darbību regulē otrās klases promotoru daudzproteīnu pirmsiniciācijas kompleksa komplektācija. Visbiežāk tas izpaužas darbā ar īpašiem proteīniem - aktivatoriem. Piemērs ir TVR. Šie ir saistītie faktori, kas ir daļa no TFIID. Tie ir mērķi p53, NF kappa B un tā tālāk. Proteīni, ko sauc par koaktivatoriem, arī iedarbojas uz regulēšanas procesu. Piemērs ir GCN5. Kāpēc šie proteīni ir nepieciešami? Tie darbojas kā adapteri, kas pielāgo aktivatoru un faktoru mijiedarbību, kas ir iekļauti pirmsiniciācijas kompleksā. Lai transkripcija notiktu pareizi, ir nepieciešami nepieciešamie iniciācijas faktori. Neskatoties uz to, ka tie ir seši, tikai viens var tieši sazināties ar veicinātāju. Citos gadījumos ir nepieciešams iepriekš sagatavots otrais RNS polimerāzes komplekss. Turklāt šo procesu laikā tuvumā atrodas proksimālie elementi - tikai 50-200 pāru no vietas, kur sākās transkripcija. Tie satur norādi par aktivatorproteīnu saistīšanos.
Īpašas funkcijas
Vai dažādas izcelsmes enzīmu apakšvienību struktūra ietekmē to funkcionālo lomu transkripcijā? Precīzas atbildes uz šo jautājumu nav, taču tiek uzskatīts, ka tā, visticamāk, ir pozitīva. Kā no tā ir atkarīga RNS polimerāze? Vienkāršas struktūras enzīmu funkcijas ir ierobežota gēnu diapazona (vai pat to mazo daļu) transkripcija. Piemērs ir Okazaki fragmentu RNS primeru sintēze. Baktēriju un fāgu RNS polimerāzes promotora specifika ir tāda, ka fermentiem ir vienkārša struktūra un tie neatšķiras daudzveidībā. To var redzēt DNS replikācijas procesā baktērijās. Lai gan var apsvērt arī to: kad tika pētīta vienmērīga T-fāga genoma sarežģītā struktūra, kuras izstrādes gaitā tika konstatēta daudzkārtēja transkripcijas pārslēgšanās starp dažādām gēnu grupām, atklājās, ka tika izmantota sarežģīta saimnieka RNS polimerāze. priekš šī. Tas ir, šādos gadījumos vienkāršs enzīms netiek inducēts. No tā izriet vairākas sekas:
- Eukariotu un baktēriju RNS polimerāzei jāspēj atpazīt dažādus promotorus.
- Ir nepieciešams, lai fermentiem būtu noteikta reakcija uz dažādiem regulējošiem proteīniem.
- RNS polimerāzei arī jāspēj mainīt veidnes DNS nukleotīdu secības atpazīšanas specifiku. Šim nolūkam tiek izmantoti dažādi proteīnu efektori.
No šejienes izriet ķermeņa vajadzība pēc papildu "ēkas" elementiem. Transkripcijas kompleksa proteīni palīdz RNS polimerāzei pilnībā veikt savas funkcijas. Tas vislielākajā mērā attiecas uz sarežģītas struktūras fermentiem, kuru iespējās tiek īstenota plaša ģenētiskās informācijas ieviešanas programma. Pateicoties dažādiem uzdevumiem, mēs varam novērot sava veida hierarhiju RNS polimerāžu struktūrā.
Kā darbojas transkripcijas process?
Vai ir kāds gēns, kas atbild par saziņu arRNS polimerāze? Pirmkārt, par transkripciju: eikariotos process notiek kodolā. Prokariotos tas notiek pašā mikroorganismā. Polimerāzes mijiedarbības pamatā ir atsevišķu molekulu komplementāras savienošanas pārī pamatprincips. Attiecībā uz mijiedarbības jautājumiem mēs varam teikt, ka DNS darbojas tikai kā veidne un transkripcijas laikā nemainās. Tā kā DNS ir neatņemams enzīms, var droši teikt, ka par šo polimēru ir atbildīgs konkrēts gēns, taču tas būs ļoti garš. Nedrīkst aizmirst, ka DNS satur 3,1 miljardu nukleotīdu atlikumu. Tāpēc pareizāk būtu teikt, ka katrs RNS veids ir atbildīgs par savu DNS. Lai polimerāzes reakcija noritētu, ir nepieciešami enerģijas avoti un ribonukleozīda trifosfāta substrāti. To klātbūtnē starp ribonukleozīdu monofosfātiem veidojas 3', 5'-fosfodiestera saites. RNS molekula sāk sintezēties noteiktās DNS sekvencēs (promotoros). Šis process beidzas beigu sadaļās (izbeigšana). Šeit iesaistītā vietne tiek saukta par transkripciju. Eikariotos, kā likums, šeit ir tikai viens gēns, savukārt prokariotiem var būt vairākas koda sadaļas. Katram transkriptam ir neinformatīvā zona. Tie satur specifiskas nukleotīdu sekvences, kas mijiedarbojas ar iepriekš minētajiem regulējošajiem transkripcijas faktoriem.
Baktēriju RNS polimerāzes
ŠieMikroorganismi viens enzīms ir atbildīgs par mRNS, rRNS un tRNS sintēzi. Vidējai polimerāzes molekulai ir aptuveni 5 apakšvienības. Divi no tiem darbojas kā enzīma saistošie elementi. Vēl viena apakšvienība ir iesaistīta sintēzes ierosināšanā. Ir arī fermentu komponents nespecifiskai saistīšanai ar DNS. Un pēdējā apakšvienība ir iesaistīta RNS polimerāzes nogādāšanā darba formā. Jāņem vērā, ka enzīmu molekulas nav "brīvas", kas peld baktēriju citoplazmā. Kad RNS polimerāzes netiek izmantotas, tās saistās ar nespecifiskiem DNS reģioniem un gaida, līdz atvērsies aktīvs promotors. Nedaudz atkāpjoties no tēmas, jāsaka, ka ļoti ērti ir pētīt olb altumvielas un to ietekmi uz ribonukleīnskābju polimerāzēm uz baktērijām. Īpaši ērti ir eksperimentēt ar tiem, lai stimulētu vai nomāktu atsevišķus elementus. Pateicoties to augstajam pavairošanas ātrumam, vēlamo rezultātu var iegūt salīdzinoši ātri. Diemžēl cilvēku pētniecība nevar notikt tik strauji mūsu strukturālās daudzveidības dēļ.
Kā RNS polimerāze "iesakņojās" dažādās formās?
Šis raksts tuvojas loģiskajam noslēgumam. Galvenā uzmanība tika pievērsta eikariotiem. Bet ir arī arhejas un vīrusi. Tāpēc es vēlētos pievērst nelielu uzmanību šīm dzīves formām. Arhejas dzīvē ir tikai viena RNS polimerāžu grupa. Bet pēc savām īpašībām tas ir ārkārtīgi līdzīgs trim eikariotu asociācijām. Daudzi zinātnieki ir norādījuši, ka tas, ko mēs varam novērot arhejās, patiesībā irspecializēto polimerāžu evolūcijas priekštecis. Interesanta ir arī vīrusu uzbūve. Kā minēts iepriekš, ne visiem šādiem mikroorganismiem ir sava polimerāze. Un kur tā ir, tā ir viena apakšvienība. Tiek uzskatīts, ka vīrusu fermenti ir iegūti no DNS polimerāzēm, nevis no sarežģītām RNS konstrukcijām. Lai gan šīs mikroorganismu grupas daudzveidības dēļ ir dažādi aplūkotā bioloģiskā mehānisma realizācijas varianti.
Secinājums
Ak, šobrīd cilvēcei vēl nav visas nepieciešamās informācijas, kas nepieciešama genoma izpratnei. Un ko varēja darīt! Gandrīz visām slimībām pamatā ir ģenētisks pamats – tas galvenokārt attiecas uz vīrusiem, kas mums pastāvīgi rada problēmas, uz infekcijām utt. Arī vissarežģītākās un neārstējamākās slimības faktiski ir tieši vai netieši atkarīgas no cilvēka genoma. Kad mēs iemācīsimies izprast sevi un izmantot šīs zināšanas savā labā, liela daļa problēmu un slimību vienkārši pārstās pastāvēt. Daudzas iepriekš briesmīgas slimības, piemēram, bakas un mēris, jau ir kļuvušas par pagātni. Gatavojas doties tur cūciņas, garais klepus. Taču mums nevajadzētu atslābt, jo joprojām saskaramies ar lielu skaitu dažādu izaicinājumu, uz kuriem ir jāatbild. Un viņš tiks atrasts, jo viss virzās uz to.
