Almal wat molekulêre biologie, biochemie, genetiese ingenieurswese en 'n aantal ander verwante wetenskappe studeer, vra vroeër of later die vraag: wat is die funksie van RNA-polimerase? Dit is 'n taamlik komplekse onderwerp, wat nog nie volledig ondersoek is nie, maar wat nogtans bekend is, sal binne die raamwerk van die artikel gedek word.
Algemene inligting
Dit is nodig om te onthou dat daar 'n RNA-polimerase van eukariote en prokariote is. Die eerste word verder in drie tipes verdeel, wat elkeen verantwoordelik is vir die transkripsie van 'n aparte groep gene. Hierdie ensieme is vir eenvoud genommer as die eerste, tweede en derde RNA-polimerase. Die prokariote, wie se struktuur kernvry is, tree tydens transkripsie volgens 'n vereenvoudigde skema op. Daarom, vir duidelikheid, om soveel moontlik inligting te dek, sal eukariote oorweeg word. RNA-polimerases is struktureel soortgelyk aan mekaar. Daar word geglo dat hulle ten minste 10 polipeptiedkettings bevat. Terselfdertyd sintetiseer (transkribeer) RNA-polimerase 1 gene wat later in verskeie proteïene vertaal sal word. Die tweede is die transkripsie van gene, wat daarna in proteïene vertaal word. RNA polimerase 3 word verteenwoordig deur 'n verskeidenheid lae molekulêre gewig stabiele ensieme wat matigsensitief vir alfa amatien. Maar ons het nie besluit oor wat RNA-polimerase is nie! Dit is die naam van die ensieme wat betrokke is by die sintese van ribonukleïensuurmolekules. In 'n eng sin verwys dit na DNA-afhanklike RNA-polimerases wat op die basis van 'n deoksiribonukleïensuursjabloon optree. Ensieme is van groot belang vir die langtermyn en suksesvolle funksionering van lewende organismes. RNA-polimerases word in alle selle en meeste virusse aangetref.
Indeling volgens kenmerke
Afhangende van die subeenheidsamestelling, word RNA-polimerases in twee groepe verdeel:
- Die eerste handel oor die transkripsie van 'n klein aantal gene in eenvoudige genome. Om in hierdie geval te funksioneer, is komplekse regulatoriese aksies nie nodig nie. Dit sluit dus alle ensieme in wat slegs uit een subeenheid bestaan. 'n Voorbeeld is die RNA-polimerase van bakteriofage en mitochondria.
- Hierdie groep sluit alle RNA-polimerases van eukariote en bakterieë in, wat kompleks is. Hulle is ingewikkelde multi-subeenheid proteïenkomplekse wat duisende verskillende gene kan transkribeer. Tydens hul funksionering reageer hierdie gene op 'n groot aantal regulatoriese seine wat van proteïenfaktore en nukleotiede kom.
So 'n struktureel-funksionele verdeling is 'n baie voorwaardelike en sterk vereenvoudiging van die werklike stand van sake.
Wat doen RNA-polimerase ek?
Hulle kry die funksie om primêre te vormrRNA geen-transkripsies, dit wil sê, hulle is die belangrikste. Laasgenoemde is beter bekend onder die benaming 45S-RNA. Hulle lengte is ongeveer 13 duisend nukleotiede. 28S-RNA, 18S-RNA en 5,8S-RNA word daaruit gevorm. As gevolg van die feit dat slegs een transkripsie gebruik word om hulle te skep, ontvang die liggaam 'n "waarborg" dat die molekules in gelyke hoeveelhede gevorm sal word. Terselfdertyd word slegs 7 duisend nukleotiede gebruik om RNA direk te skep. Die res van die transkripsie word in die kern afgebreek. Met betrekking tot so 'n groot oorblyfsel is daar 'n mening dat dit nodig is vir die vroeë stadiums van ribosoomvorming. Die aantal van hierdie polimerases in die selle van hoër wesens wissel rondom die merk van 40 duisend eenhede.
Hoe word dit georganiseer?
So, ons het reeds die eerste RNA-polimerase (prokariotiese struktuur van die molekule) goed oorweeg. Terselfdertyd het groot subeenhede, sowel as 'n groot aantal ander hoë-molekulêre gewig polipeptiede, goed gedefinieerde funksionele en strukturele domeine. Tydens die kloning van gene en die bepaling van hul primêre struktuur, het wetenskaplikes evolusionêr konserwatiewe dele van die kettings geïdentifiseer. Deur goeie uitdrukking te gebruik, het die navorsers ook mutasie-analise uitgevoer, wat ons in staat stel om oor die funksionele betekenis van individuele domeine te praat. Om dit te doen, met behulp van plekgerigte mutagenese, is individuele aminosure in polipeptiedkettings verander, en sulke gemodifiseerde subeenhede is gebruik in die samestelling van ensieme met daaropvolgende ontleding van die eienskappe wat in hierdie konstrukte verkry is. Daar is opgemerk dat as gevolg van sy organisasie, die eerste RNA-polimerase opdie teenwoordigheid van alfa-amatien ('n hoogs giftige stof afkomstig van die vaal douter) reageer glad nie.
Operasie
Beide die eerste en tweede RNA-polimerase kan in twee vorme bestaan. Een van hulle kan optree om spesifieke transkripsie te inisieer. Die tweede is DNA-afhanklike RNA-polimerase. Hierdie verhouding word gemanifesteer in die omvang van die aktiwiteit van funksionering. Die onderwerp word nog ondersoek, maar dit is reeds bekend dat dit afhang van twee transkripsiefaktore, wat as SL1 en UBF aangewys word. Die eienaardigheid van laasgenoemde is dat dit direk aan die promotor kan bind, terwyl SL1 die teenwoordigheid van UBF vereis. Alhoewel daar eksperimenteel gevind is dat DNA-afhanklike RNA-polimerase op 'n minimale vlak en sonder die teenwoordigheid van laasgenoemde aan transkripsie kan deelneem. Maar vir die normale funksionering van hierdie meganisme is UBF steeds nodig. Hoekom presies? Tot dusver was dit nie moontlik om die rede vir hierdie gedrag vas te stel nie. Een van die gewildste verduidelikings dui daarop dat UBF optree as 'n soort rDNA-transkripsiestimulator soos dit groei en ontwikkel. Wanneer die rusfase plaasvind, word die minimum vereiste vlak van funksionering gehandhaaf. En vir hom is die deelname van transkripsiefaktore nie krities nie. Dit is hoe RNA-polimerase werk. Die funksies van hierdie ensiem stel ons in staat om die proses van die voortplanting van die klein "boublokkies" van ons liggaam te ondersteun, waardeur dit vir dekades voortdurend bygewerk word.
Tweede groep ensieme
Hulle funksionering word gereguleer deur die samestelling van 'n multiproteïen-voor-inisiasiekompleks van promotors van die tweede klas. Dikwels word dit uitgedruk in werk met spesiale proteïene - aktiveerders. 'n Voorbeeld is TVR. Dit is die gepaardgaande faktore wat deel is van TFIID. Hulle is teikens vir p53, NF kappa B ensovoorts. Proteïene, wat koaktiveerders genoem word, oefen ook hul invloed uit in die proses van regulering. 'n Voorbeeld is GCN5. Hoekom is hierdie proteïene nodig? Hulle dien as adapters wat die interaksie van aktiveerders en faktore wat in die voor-inisiasiekompleks ingesluit is, aanpas. Om transkripsie korrek te laat plaasvind, is die teenwoordigheid van die nodige inisierende faktore nodig. Ten spyte van die feit dat daar ses van hulle is, kan slegs een direk met die promotor kommunikeer. Vir ander gevalle is 'n voorafgevormde tweede RNA-polimerasekompleks nodig. Boonop is die proksimale elemente tydens hierdie prosesse naby - slegs 50-200 pare vanaf die plek waar transkripsie begin het. Hulle bevat 'n aanduiding van die binding van aktivatorproteïene.
Spesiale kenmerke
Beïnvloed die subeenheidstruktuur van ensieme van verskillende oorsprong hul funksionele rol in transkripsie? Daar is geen presiese antwoord op hierdie vraag nie, maar daar word geglo dat dit heel waarskynlik positief is. Hoe hang RNA-polimerase hiervan af? Die funksies van ensieme met 'n eenvoudige struktuur is die transkripsie van 'n beperkte reeks gene (of selfs hul klein dele). 'n Voorbeeld is die sintese van RNA-inleiders van Okazaki-fragmente. Die promotorspesifisiteit van die RNA-polimerase van bakterieë en fage is dat die ensieme 'n eenvoudige struktuur het en nie in diversiteit verskil nie. Dit kan gesien word in die proses van DNA-replikasie in bakterieë. Alhoewel 'n mens dit ook kan oorweeg: toe die komplekse struktuur van die genoom van 'n egalige T-faag bestudeer is, tydens die ontwikkeling waarvan meervoudige transkripsiewisseling tussen verskillende groepe gene opgemerk is, is dit aan die lig gebring dat 'n komplekse gasheer RNA polimerase gebruik is vir dit. Dit wil sê, 'n eenvoudige ensiem word nie in sulke gevalle geïnduseer nie. 'n Aantal gevolge volg hieruit:
- Eukariotiese en bakteriële RNA-polimerase behoort verskillende promotors te kan herken.
- Dit is nodig dat ensieme 'n sekere reaksie op verskillende regulatoriese proteïene het.
- RNA-polimerase behoort ook die spesifisiteit van herkenning van die nukleotiedvolgorde van sjabloon-DNS te kan verander. Hiervoor word verskeie proteïeneffektors gebruik.
Van hier af volg die liggaam se behoefte aan bykomende "bou"-elemente. Die proteïene van die transkripsiekompleks help die RNA-polimerase om sy funksies ten volle te verrig. Dit geld in die grootste mate vir ensieme van 'n komplekse struktuur, in die moontlikhede waarvan die implementering van 'n uitgebreide program vir die implementering van genetiese inligting. Danksy verskeie take kan ons 'n soort hiërargie in die struktuur van RNA-polimerases waarneem.
Hoe werk die transkripsieproses?
Is daar 'n geen verantwoordelik vir kommunikasie metRNA polimerase? Eerstens, oor transkripsie: by eukariote vind die proses in die kern plaas. By prokariote vind dit binne die mikro-organisme self plaas. Die polimerase-interaksie is gebaseer op die fundamentele strukturele beginsel van komplementêre paring van individuele molekules. Met betrekking tot interaksiekwessies kan ons sê dat DNA uitsluitlik as 'n sjabloon optree en nie tydens transkripsie verander nie. Aangesien DNA 'n integrale ensiem is, is dit moontlik om met sekerheid te sê dat 'n spesifieke geen verantwoordelik is vir hierdie polimeer, maar dit sal baie lank wees. Daar moet nie vergeet word dat DNS 3,1 miljard nukleotiedresidu's bevat nie. Daarom sal dit meer gepas wees om te sê dat elke tipe RNA verantwoordelik is vir sy eie DNA. Vir die polimerase-reaksie om voort te gaan, is energiebronne en ribonukleosiedtrifosfaatsubstrate nodig. In hul teenwoordigheid word 3', 5'-fosfodiesterbindings tussen ribonukleosiedmonofosfate gevorm. Die RNA-molekule begin gesintetiseer word in sekere DNA-volgordes (promotors). Hierdie proses eindig by die terminerende afdelings (beëindiging). Die webwerf wat hier betrokke is, word die transkripsie genoem. By eukariote is daar as 'n reël net een geen hier, terwyl prokariote verskeie afdelings van die kode kan hê. Elke transkripsie het 'n nie-insiggewende sone. Hulle bevat spesifieke nukleotiedvolgordes wat interaksie het met die regulatoriese transkripsiefaktore wat vroeër genoem is.
Bakteriese RNA-polimerases
Hierdiemikroörganismes een ensiem is verantwoordelik vir die sintese van mRNA, rRNA en tRNA. Die gemiddelde polimerase molekule het ongeveer 5 subeenhede. Twee van hulle dien as bindende elemente van die ensiem. Nog 'n subeenheid is betrokke by die aanvang van sintese. Daar is ook 'n ensiemkomponent vir nie-spesifieke binding aan DNA. En die laaste subeenheid is betrokke om die RNA-polimerase in 'n werkende vorm te bring. Daar moet kennis geneem word dat die ensiemmolekules nie "vry" in die bakteriële sitoplasma dryf nie. Wanneer dit nie gebruik word nie, bind RNA-polimerases aan nie-spesifieke streke van DNA en wag vir 'n aktiewe promotor om oop te maak. Om effens van die onderwerp af te dwaal, moet gesê word dat dit baie gerieflik is om proteïene en hul effek op ribonukleïensuurpolimerases op bakterieë te bestudeer. Dit is veral gerieflik om met hulle te eksperimenteer om individuele elemente te stimuleer of te onderdruk. As gevolg van hul hoë vermenigvuldigingsyfer, kan die gewenste resultaat relatief vinnig verkry word. Helaas, menslike navorsing kan nie teen so 'n vinnige tempo voortgaan nie as gevolg van ons strukturele diversiteit.
Hoe het RNA-polimerase in verskillende vorme "wortelgeskiet"?
Hierdie artikel kom tot sy logiese gevolgtrekking. Die fokus was op eukariote. Maar daar is ook archaea en virusse. Daarom wil ek graag 'n bietjie aandag gee aan hierdie lewensvorme. In die lewe van archaea is daar net een groep RNA-polimerases. Maar dit is uiters soortgelyk in sy eienskappe aan die drie assosiasies van eukariote. Baie wetenskaplikes het voorgestel dat wat ons in archaea kan waarneem, eintlik isevolusionêre voorouer van gespesialiseerde polimerases. Die struktuur van virusse is ook interessant. Soos voorheen genoem, het nie alle sulke mikroörganismes hul eie polimerase nie. En waar dit is, is dit 'n enkele subeenheid. Virale ensieme word vermoedelik afgelei van DNA-polimerases eerder as komplekse RNA-konstrukte. Alhoewel daar, as gevolg van die diversiteit van hierdie groep mikroörganismes, verskillende implementerings van die oorwoë biologiese meganisme is.
Gevolgtrekking
Ai, op die oomblik het die mensdom nog nie al die nodige inligting wat nodig is om die genoom te verstaan nie. En wat kan gedoen word! Byna alle siektes het basies 'n genetiese basis - dit geld hoofsaaklik vir virusse wat ons voortdurend probleme veroorsaak, infeksies, ensovoorts. Die mees komplekse en ongeneeslike siektes is ook in werklikheid direk of indirek afhanklik van die menslike genoom. Wanneer ons leer om onsself te verstaan en hierdie kennis tot ons voordeel toe te pas, sal 'n groot aantal probleme en siektes eenvoudig ophou bestaan. Baie voorheen verskriklike siektes, soos pokke en pes, het reeds iets van die verlede geword. Berei voor om soontoe te gaan pampoentjies, kinkhoes. Maar ons moet nie ontspan nie, want ons staan steeds voor 'n groot aantal verskillende uitdagings wat beantwoord moet word. En hy sal gevind word, want alles is op pad hierheen.
