Svatko tko proučava molekularnu biologiju, biokemiju, genetski inženjering i niz drugih srodnih znanosti prije ili kasnije postavlja pitanje: koja je funkcija RNA polimeraze? Ovo je prilično složena tema, koja još uvijek nije do kraja istražena, ali, ipak, ono što je poznato bit će obrađeno u okviru članka.
Opće informacije
Neophodno je zapamtiti da postoji RNA polimeraza eukariota i prokariota. Prvi se dalje dijeli na tri tipa, od kojih je svaki odgovoran za transkripciju zasebne skupine gena. Ovi enzimi su numerirani radi jednostavnosti kao prva, druga i treća RNA polimeraza. Prokariot, čija je struktura bez nuklearne energije, tijekom transkripcije djeluje prema pojednostavljenoj shemi. Stoga, radi jasnoće, kako bi se obuhvatilo što više informacija, razmotrit će se eukarioti. RNA polimeraze su strukturno slične jedna drugoj. Vjeruje se da sadrže najmanje 10 polipeptidnih lanaca. Istodobno, RNA polimeraza 1 sintetizira (transkribira) gene koji će se naknadno prevesti u različite proteine. Drugi je transkripcija gena, koji se naknadno prevode u proteine. RNA polimeraza 3 predstavljena je raznim stabilnim enzimima niske molekularne težine koji umjerenoosjetljiv na alfa amatin. Ali nismo odlučili što je RNA polimeraza! Ovo je naziv enzima koji sudjeluju u sintezi molekula ribonukleinske kiseline. U užem smislu, to se odnosi na DNA-ovisne RNA polimeraze koje djeluju na temelju šablona deoksiribonukleinske kiseline. Enzimi su od velike važnosti za dugotrajno i uspješno funkcioniranje živih organizama. RNA polimeraze nalaze se u svim stanicama i većini virusa.
Podjela po značajkama
Ovisno o sastavu podjedinice, RNA polimeraze se dijele u dvije skupine:
- Prva se bavi transkripcijom malog broja gena u jednostavnim genomima. Za funkcioniranje u ovom slučaju nisu potrebne složene regulatorne radnje. Stoga to uključuje sve enzime koji se sastoje od samo jedne podjedinice. Primjer je RNA polimeraza bakteriofaga i mitohondrija.
- Ova grupa uključuje sve RNA polimeraze eukariota i bakterija, koje su složene. Oni su složeni kompleksi proteina s više podjedinica koji mogu transkribirati tisuće različitih gena. Tijekom svog funkcioniranja, ovi geni reagiraju na veliki broj regulatornih signala koji dolaze iz proteinskih čimbenika i nukleotida.
Takva strukturno-funkcionalna podjela je vrlo uvjetno i snažno pojednostavljenje stvarnog stanja stvari.
Što radim RNA polimerazu?
Njima je dodijeljena funkcija formiranja primarnogtranskripti gena rRNA, odnosno oni su najvažniji. Potonji su poznatiji pod oznakom 45S-RNA. Njihova duljina je otprilike 13 tisuća nukleotida. Od njega nastaju 28S-RNA, 18S-RNA i 5,8S-RNA. Zbog činjenice da se za njihovo stvaranje koristi samo jedan transkriptor, tijelo dobiva “jamstvo” da će se molekule formirati u jednakim količinama. Istodobno, samo 7 tisuća nukleotida koristi se za izravno stvaranje RNA. Ostatak transkripta se razgrađuje u jezgri. Što se tiče tako velikog ostatka, postoji mišljenje da je neophodan za rane faze formiranja ribosoma. Broj ovih polimeraza u stanicama viših bića fluktuira oko oznake od 40 tisuća jedinica.
Kako je organizirano?
Dakle, već smo dobro razmotrili prvu RNA polimerazu (prokariotska struktura molekule). Istodobno, velike podjedinice, kao i veliki broj drugih polipeptida visoke molekularne težine, imaju dobro definirane funkcionalne i strukturne domene. Tijekom kloniranja gena i utvrđivanja njihove primarne strukture, znanstvenici su identificirali evolucijski konzervativne dijelove lanaca. Koristeći dobru ekspresiju, znanstvenici su proveli i mutacijsku analizu koja nam omogućuje da govorimo o funkcionalnom značaju pojedinih domena. Da bi se to postiglo, korištenjem mutageneze usmjerene na mjesto, pojedinačne aminokiseline su promijenjene u polipeptidnim lancima, te su takve modificirane podjedinice korištene u sastavljanju enzima uz naknadnu analizu svojstava koja su dobivena u tim konstruktima. Zabilježeno je da je zbog svoje organizacije prva RNA polimeraza naprisutnost alfa-amatina (veoma otrovne tvari dobivene iz blijedog gnjurac) uopće ne reagira.
Operacija
I prva i druga RNA polimeraza mogu postojati u dva oblika. Jedan od njih može pokrenuti specifičnu transkripciju. Druga je RNA polimeraza ovisna o DNA. Taj se odnos očituje u veličini aktivnosti funkcioniranja. Tema se još istražuje, ali je već poznato da ovisi o dva transkripcijska faktora, koji su označeni kao SL1 i UBF. Posebnost potonjeg je da se može izravno vezati na promotor, dok SL1 zahtijeva prisutnost UBF-a. Iako je eksperimentalno utvrđeno da DNA-ovisna RNA polimeraza može sudjelovati u transkripciji na minimalnoj razini i bez prisustva potonje. Ali za normalno funkcioniranje ovog mehanizma, UBF je još uvijek potreban. Zašto točno? Do sada nije bilo moguće utvrditi razlog ovakvog ponašanja. Jedno od najpopularnijih objašnjenja sugerira da UBF djeluje kao vrsta stimulatora transkripcije rDNA dok raste i razvija se. Kada nastupi faza mirovanja, održava se minimalna potrebna razina funkcioniranja. A za njega sudjelovanje transkripcijskih čimbenika nije kritično. Ovako radi RNA polimeraza. Funkcije ovog enzima omogućuju nam da podržimo proces reprodukcije malih "građevnih blokova" našeg tijela, zahvaljujući čemu se neprestano ažurira desetljećima.
Druga skupina enzima
Njihovo funkcioniranje regulirano je sklapanjem multiproteinskog preinicijacijskog kompleksa promotora druge klase. Najčešće se to izražava u radu s posebnim proteinima - aktivatorima. Primjer je TVR. To su povezani čimbenici koji su dio TFIID-a. Oni su mete za p53, NF kapa B i tako dalje. Proteini, koji se nazivaju koaktivatori, također imaju svoj utjecaj u procesu regulacije. Primjer je GCN5. Zašto su ti proteini potrebni? Oni djeluju kao adapteri koji prilagođavaju interakciju aktivatora i čimbenika koji su uključeni u kompleks prije inicijacije. Da bi se transkripcija odvijala ispravno, neophodna je prisutnost potrebnih inicirajućih čimbenika. Unatoč činjenici da ih je šest, samo jedan može izravno komunicirati s promotorom. Za druge slučajeve potreban je prethodno oblikovani drugi kompleks RNA polimeraze. Štoviše, tijekom ovih procesa, proksimalni elementi su u blizini - samo 50-200 parova od mjesta gdje je započela transkripcija. Sadrže naznaku vezanja proteina aktivatora.
Posebne značajke
Utječe li struktura podjedinica enzima različitog podrijetla na njihovu funkcionalnu ulogu u transkripciji? Ne postoji točan odgovor na ovo pitanje, ali se vjeruje da je najvjerojatnije pozitivan. Kako o tome ovisi RNA polimeraza? Funkcije enzima jednostavne strukture su transkripcija ograničenog raspona gena (ili čak njihovih malih dijelova). Primjer je sinteza RNA prajmera Okazakijevih fragmenata. Specifičnost promotora RNA polimeraze bakterija i faga je da enzimi imaju jednostavnu strukturu i da se ne razlikuju u raznolikosti. To se može vidjeti u procesu replikacije DNK u bakterijama. Iako se može uzeti u obzir i ovo: kada je proučavana složena struktura genoma parnog T-faga, tijekom čijeg razvoja je zabilježeno višestruko prebacivanje transkripcije između različitih skupina gena, otkriveno je da je korištena složena RNA polimeraza domaćina. za ovo. Odnosno, u takvim slučajevima se ne inducira jednostavan enzim. Iz ovoga slijedi niz posljedica:
- Eukariotska i bakterijska RNA polimeraza trebale bi biti u stanju prepoznati različite promotore.
- Neophodno je da enzimi imaju određeni odgovor na različite regulatorne proteine.
- RNA polimeraza bi također trebala biti u stanju promijeniti specifičnost prepoznavanja nukleotidnog slijeda DNK šablona. Za to se koriste razni proteinski efektori.
Odavde slijedi potreba tijela za dodatnim "građevinskim" elementima. Proteini transkripcijskog kompleksa pomažu RNA polimerazi da u potpunosti obavlja svoje funkcije. To se u najvećoj mjeri odnosi na enzime složene strukture u čijim je mogućnostima provedba opsežnog programa implementacije genetskih informacija. Zahvaljujući raznim zadacima, možemo uočiti svojevrsnu hijerarhiju u strukturi RNA polimeraza.
Kako funkcionira proces transkripcije?
Postoji li gen odgovoran za komunikaciju sRNA polimeraza? Prvo, o transkripciji: kod eukariota se proces događa u jezgri. Kod prokariota se odvija unutar samog mikroorganizma. Interakcija polimeraze temelji se na temeljnom strukturnom principu komplementarnog sparivanja pojedinačnih molekula. Što se tiče pitanja interakcije, možemo reći da DNK djeluje isključivo kao predložak i da se ne mijenja tijekom transkripcije. Budući da je DNK integralni enzim, moguće je sa sigurnošću reći da je određeni gen odgovoran za ovaj polimer, ali to će biti jako dugo. Ne treba zaboraviti da DNK sadrži 3,1 milijardu nukleotidnih ostataka. Stoga bi bilo prikladnije reći da je svaka vrsta RNK odgovorna za svoju DNK. Za odvijanje reakcije polimeraze potrebni su izvori energije i ribonukleozid trifosfatni supstrati. U njihovoj prisutnosti nastaju 3', 5'-fosfodiesterske veze između ribonukleozid monofosfata. Molekula RNA počinje se sintetizirati u određenim sekvencama DNA (promotori). Ovaj proces završava na završnim dijelovima (terminacija). Mjesto koje je ovdje uključeno zove se transkripcija. Kod eukariota ovdje u pravilu postoji samo jedan gen, dok prokarioti mogu imati nekoliko dijelova koda. Svaki transkripton ima neinformativnu zonu. Sadrže specifične nukleotidne sekvence koje su u interakciji s regulatornim transkripcijskim čimbenicima spomenutim ranije.
bakterijske RNA polimeraze
Ovemikroorganizama jedan je enzim odgovoran za sintezu mRNA, rRNA i tRNA. Prosječna molekula polimeraze ima približno 5 podjedinica. Dva od njih djeluju kao vezni elementi enzima. Druga podjedinica je uključena u inicijaciju sinteze. Postoji i enzimska komponenta za nespecifično vezanje za DNK. I posljednja podjedinica je uključena u dovođenje RNA polimeraze u radni oblik. Treba napomenuti da molekule enzima ne lebde "slobodno" u bakterijskoj citoplazmi. Kada se ne koriste, RNA polimeraze se vežu na nespecifična područja DNA i čekaju da se otvori aktivni promotor. Malo odstupajući od teme, treba reći da je vrlo zgodno proučavati proteine i njihov učinak na polimeraze ribonukleinske kiseline na bakterije. Posebno je prikladno eksperimentirati na njima kako bi se stimulirali ili potisnuli pojedinačni elementi. Zbog njihove visoke stope množenja, željeni rezultat može se postići relativno brzo. Nažalost, ljudska istraživanja ne mogu se nastaviti tako brzom brzinom zbog naše strukturne raznolikosti.
Kako se RNA polimeraza "ukorijenila" u različitim oblicima?
Ovaj članak dolazi do svog logičnog završetka. Fokus je bio na eukariotima. Ali postoje i arheje i virusi. Stoga bih želio posvetiti malo pažnje ovim oblicima života. U životu arheja postoji samo jedna grupa RNA polimeraza. Ali po svojim je svojstvima iznimno sličan trima udrugama eukariota. Mnogi znanstvenici sugeriraju da je ono što možemo promatrati kod arheja zapravoevolucijski predak specijaliziranih polimeraza. Zanimljiva je i struktura virusa. Kao što je već spomenuto, nemaju svi takvi mikroorganizmi svoju polimerazu. A gdje je, to je jedna podjedinica. Smatra se da virusni enzimi potječu iz DNA polimeraza, a ne iz složenih RNA konstrukata. Iako, zbog raznolikosti ove skupine mikroorganizama, postoje različite implementacije razmatranog biološkog mehanizma.
Zaključak
Jao, trenutno čovječanstvo još nema sve potrebne informacije potrebne za razumijevanje genoma. A što bi se moglo! Gotovo sve bolesti u osnovi imaju genetsku osnovu – to se prvenstveno odnosi na viruse koji nam neprestano stvaraju probleme, na infekcije i tako dalje. Najsloženije i neizlječive bolesti također su, zapravo, izravno ili neizravno ovisne o ljudskom genomu. Kada naučimo razumjeti sebe i primijeniti to znanje u svoju korist, veliki broj problema i bolesti jednostavno će prestati postojati. Mnoge dosad strašne bolesti, poput velikih boginja i kuge, već su postale stvar prošlosti. Priprema za odlazak tamo zaušnjaci, hripavac. No, ne treba se opuštati, jer se i dalje suočavamo s velikim brojem različitih izazova na koje treba odgovoriti. I on će biti pronađen, jer sve ide prema ovome.
