Kiekvienas, studijuojantis molekulinę biologiją, biochemiją, genų inžineriją ir daugybę kitų susijusių mokslų, anksčiau ar vėliau užduoda klausimą: kokia yra RNR polimerazės funkcija? Tai gana sudėtinga tema, kuri vis dar nėra iki galo išnagrinėta, bet vis dėlto tai, kas žinoma, bus aptarta straipsnyje.
Bendra informacija
Būtina atsiminti, kad yra eukariotų ir prokariotų RNR polimerazė. Pirmasis dar skirstomas į tris tipus, kurių kiekvienas yra atsakingas už atskiros genų grupės transkripciją. Paprastumo dėlei šie fermentai sunumeruoti kaip pirmoji, antroji ir trečioji RNR polimerazės. Prokariotas, kurio struktūra yra be branduolio, transkripcijos metu veikia pagal supaprastintą schemą. Todėl, siekiant aiškumo, siekiant apimti kuo daugiau informacijos, bus svarstomi eukariotai. RNR polimerazės yra struktūriškai panašios viena į kitą. Manoma, kad juose yra mažiausiai 10 polipeptidinių grandinių. Tuo pačiu metu RNR polimerazė 1 sintezuoja (transkribuoja) genus, kurie vėliau bus paverčiami įvairiais b altymais. Antrasis yra genų transkribavimas, kurie vėliau paverčiami b altymais. RNR polimerazę 3 atstovauja įvairūs mažos molekulinės masės stabilūs fermentai, kurie vidutiniškaijautrus alfa amatinui. Bet mes nenusprendėme, kas yra RNR polimerazė! Taip vadinami fermentai, dalyvaujantys ribonukleino rūgšties molekulių sintezėje. Siaurąja prasme tai reiškia nuo DNR priklausomas RNR polimerazes, kurios veikia dezoksiribonukleino rūgšties šablono pagrindu. Fermentai turi didelę reikšmę ilgalaikiam ir sėkmingam gyvų organizmų funkcionavimui. RNR polimerazės randamos visose ląstelėse ir daugumoje virusų.
Paskirstymas pagal požymius
Priklausomai nuo subvieneto sudėties, RNR polimerazės skirstomos į dvi grupes:
- Pirmasis susijęs su nedidelio skaičiaus genų transkripcija paprastuose genomuose. Kad veiktų šiuo atveju, nereikia atlikti sudėtingų reguliavimo veiksmų. Todėl tai apima visus fermentus, kurie susideda tik iš vieno subvieneto. Pavyzdys yra bakteriofagų ir mitochondrijų RNR polimerazė.
- Šiai grupei priklauso visos sudėtingos eukariotų ir bakterijų RNR polimerazės. Tai sudėtingi kelių subvienetų b altymų kompleksai, galintys transkribuoti tūkstančius skirtingų genų. Veikdami šie genai reaguoja į daugybę reguliavimo signalų, gaunamų iš b altymų faktorių ir nukleotidų.
Toks struktūrinis-funkcinis skirstymas yra labai sąlyginis ir stiprus tikrosios reikalų padėties supaprastinimas.
Ką aš veikiau RNR polimerazė?
Jiems priskirta pirminio formavimo funkcijarRNR genų transkriptai, tai yra, jie yra patys svarbiausi. Pastarieji yra geriau žinomi pavadinimu 45S-RNA. Jų ilgis yra maždaug 13 tūkstančių nukleotidų. Iš jo susidaro 28S-RNR, 18S-RNR ir 5,8S-RNR. Dėl to, kad joms sukurti naudojamas tik vienas transkriptorius, organizmas gauna „garantiją“, kad molekulės susidarys vienodai. Tuo pačiu metu RNR tiesiogiai sukurti naudojami tik 7 tūkstančiai nukleotidų. Likusi nuorašo dalis suskaidoma branduolyje. Dėl tokio didelio likučio yra nuomonė, kad jis būtinas ankstyvose ribosomų formavimosi stadijose. Šių polimerazių skaičius aukštesnių būtybių ląstelėse svyruoja apie 40 tūkstančių vienetų.
Kaip tai organizuojama?
Taigi, mes jau gerai apsvarstėme pirmąją RNR polimerazę (prokariotinę molekulės struktūrą). Tuo pačiu metu dideli subvienetai, taip pat daugybė kitų didelės molekulinės masės polipeptidų, turi aiškiai apibrėžtas funkcines ir struktūrines sritis. Klonuodami genus ir nustatydami jų pirminę struktūrą, mokslininkai nustatė evoliuciškai konservatyvias grandinių dalis. Naudodami gerą išraišką, mokslininkai taip pat atliko mutacijų analizę, kuri leidžia kalbėti apie atskirų sričių funkcinę reikšmę. Norėdami tai padaryti, naudojant vietinę mutagenezę, atskiros aminorūgštys buvo pakeistos polipeptidų grandinėse, o tokie modifikuoti subvienetai buvo naudojami fermentų surinkimui, vėliau analizuojant šių konstrukcijų savybes. Buvo pažymėta, kad dėl savo organizavimo pirmoji RNR polimerazė įjungtaesantis alfa amatinas (labai toksiška medžiaga, gaunama iš blyškiojo žiobrio) visiškai nereaguoja.
Operacija
Ir pirmoji, ir antroji RNR polimerazės gali egzistuoti dviem formomis. Vienas iš jų gali inicijuoti specifinę transkripciją. Antroji – nuo DNR priklausoma RNR polimerazė. Šis ryšys pasireiškia funkcionavimo aktyvumo dydžiu. Tema vis dar tiriama, tačiau jau žinoma, kad ji priklauso nuo dviejų transkripcijos faktorių, kurie yra pažymėti kaip SL1 ir UBF. Pastarojo ypatumas yra tas, kad jis gali tiesiogiai prisijungti prie promotoriaus, o SL1 reikalauja UBF buvimo. Nors eksperimentiškai buvo nustatyta, kad nuo DNR priklausoma RNR polimerazė gali dalyvauti transkripcijoje minimaliu lygiu ir be pastarosios. Tačiau normaliam šio mechanizmo veikimui vis tiek reikia UBF. Kodėl būtent? Iki šiol nepavyko nustatyti tokio elgesio priežasties. Vienas iš populiariausių paaiškinimų rodo, kad UBF veikia kaip tam tikras rDNR transkripcijos stimuliatorius, kai jis auga ir vystosi. Kai atsiranda ramybės fazė, išlaikomas minimalus reikalingas veikimo lygis. Ir jam transkripcijos faktorių dalyvavimas nėra kritinis. Taip veikia RNR polimerazė. Šio fermento funkcijos leidžia palaikyti mažų mūsų kūno „statybinių blokelių“atkūrimo procesą, todėl jis dešimtmečius nuolat atnaujinamas.
Antra fermentų grupė
Jų veikimą reguliuoja daugiaproteininis antros klasės promotorių kompleksas. Dažniausiai tai išreiškiama dirbant su specialiais b altymais – aktyvatoriais. Pavyzdys yra TVR. Tai yra susiję veiksniai, kurie yra TFIID dalis. Jie yra p53, NF kappa B ir tt taikiniai. B altymai, vadinami koaktyvatoriais, taip pat turi įtakos reguliavimo procese. Pavyzdys yra GCN5. Kam reikalingi šie b altymai? Jie veikia kaip adapteriai, reguliuojantys aktyvatorių ir veiksnių, įtrauktų į išankstinio inicijavimo kompleksą, sąveiką. Kad transkripcija vyktų teisingai, būtina turėti būtinų inicijuojančių veiksnių. Nepaisant to, kad jų yra šeši, tik vienas gali tiesiogiai bendrauti su reklamuotoju. Kitais atvejais reikalingas iš anksto suformuotas antrasis RNR polimerazės kompleksas. Be to, šių procesų metu proksimaliniai elementai yra šalia - tik 50-200 porų nuo vietos, kurioje prasidėjo transkripcija. Juose yra nuoroda į aktyvatorių b altymų prisijungimą.
Ypatingos funkcijos
Ar skirtingos kilmės fermentų subvienetų struktūra turi įtakos jų funkciniam vaidmeniui transkripcijai? Tikslaus atsakymo į šį klausimą nėra, tačiau manoma, kad greičiausiai jis yra teigiamas. Kaip nuo to priklauso RNR polimerazė? Paprastos struktūros fermentų funkcijos yra riboto genų diapazono (ar net mažų jų dalių) transkripcija. Pavyzdys yra Okazaki fragmentų RNR pradmenų sintezė. Bakterijų ir fagų RNR polimerazės promotoriaus specifiškumas yra tas, kad fermentai turi paprastą struktūrą ir nesiskiria įvairove. Tai galima pastebėti DNR replikacijos procese bakterijose. Nors galima pagalvoti ir apie tai: ištyrus sudėtingą lyginio T-fago genomo struktūrą, kurią kuriant buvo pastebėtas daugybinis transkripcijos perjungimas tarp skirtingų genų grupių, paaiškėjo, kad buvo panaudota kompleksinė šeimininko RNR polimerazė. už tai. Tai yra, tokiais atvejais paprastas fermentas nesukeliamas. Iš to kyla keletas pasekmių:
- Eukariotų ir bakterijų RNR polimerazė turėtų atpažinti skirtingus promotorius.
- Būtina, kad fermentai tam tikru būdu reaguotų į skirtingus reguliuojančius b altymus.
- RNR polimerazė taip pat turėtų turėti galimybę pakeisti šabloninės DNR nukleotidų sekos atpažinimo specifiškumą. Tam naudojami įvairūs b altymų efektoriai.
Iš čia išplaukia, kad organizmui reikia papildomų „statybinių“elementų. Transkripcijos komplekso b altymai padeda RNR polimerazei pilnai atlikti savo funkcijas. Tai daugiausia taikoma sudėtingos struktūros fermentams, kurių galimybėse įgyvendinama plati genetinės informacijos įgyvendinimo programa. Įvairių užduočių dėka RNR polimerazių struktūroje galime stebėti savotišką hierarchiją.
Kaip veikia transkripcijos procesas?
Ar yra genas, atsakingas už bendravimą suRNR polimerazė? Pirma, apie transkripciją: eukariotuose procesas vyksta branduolyje. Prokariotuose jis vyksta pačiame mikroorganizme. Polimerazės sąveika pagrįsta pagrindiniu struktūriniu atskirų molekulių poravimosi principu. Kalbant apie sąveikos problemas, galime pasakyti, kad DNR veikia tik kaip šablonas ir nesikeičia transkripcijos metu. Kadangi DNR yra vientisas fermentas, galima tvirtai teigti, kad už šį polimerą atsakingas tam tikras genas, tačiau jis bus labai ilgas. Nereikia pamiršti, kad DNR yra 3,1 milijardo nukleotidų liekanų. Todėl tikslingiau būtų sakyti, kad kiekvienas RNR tipas yra atsakingas už savo DNR. Kad polimerazės reakcija vyktų, reikalingi energijos š altiniai ir ribonukleozido trifosfato substratai. Esant jiems, tarp ribonukleozidų monofosfatų susidaro 3', 5'-fosfodiesterio ryšiai. RNR molekulė pradedama sintetinti tam tikrose DNR sekose (promotoriuose). Šis procesas baigiasi baigiamuosiuose skyriuose (nutraukimas). Čia įtraukta svetainė vadinama transkripcija. Eukariotuose, kaip taisyklė, čia yra tik vienas genas, o prokariotai gali turėti kelias kodo dalis. Kiekvienas transkriptas turi neinformatyvią zoną. Juose yra specifinių nukleotidų sekų, kurios sąveikauja su anksčiau minėtais reguliuojančiais transkripcijos faktoriais.
Bakterijų RNR polimerazės
Šiosmikroorganizmų vienas fermentas yra atsakingas už mRNR, rRNR ir tRNR sintezę. Vidutinė polimerazės molekulė turi maždaug 5 subvienetus. Du iš jų veikia kaip surišantys fermento elementai. Kitas subvienetas dalyvauja inicijuojant sintezę. Taip pat yra fermento komponentas, skirtas nespecifiniam prisijungimui prie DNR. Ir paskutinis subvienetas yra susijęs su RNR polimerazės įvedimu į darbinę formą. Reikia pažymėti, kad fermentų molekulės nėra „laisvos“plaukiojančios bakterijų citoplazmoje. Nenaudojamos RNR polimerazės prisijungia prie nespecifinių DNR sričių ir laukia, kol atsidarys aktyvus promotorius. Šiek tiek nukrypstant nuo temos, reikia pasakyti, kad labai patogu tirti b altymus ir jų poveikį ribonukleorūgščių polimerazėms bakterijoms. Ypač patogu su jais eksperimentuoti, norint stimuliuoti ar slopinti atskirus elementus. Dėl didelio jų dauginimosi greičio galima gana greitai gauti norimą rezultatą. Deja, žmogaus tyrimai negali vykti tokiu sparčiu greičiu dėl mūsų struktūrinės įvairovės.
Kaip RNR polimerazė „prigijo“įvairiomis formomis?
Šis straipsnis artėja prie logiškos išvados. Daugiausia dėmesio buvo skirta eukariotams. Tačiau yra ir archėjų bei virusų. Todėl šioms gyvenimo formoms norėčiau skirti šiek tiek dėmesio. Archėjų gyvenime yra tik viena RNR polimerazių grupė. Tačiau savo savybėmis jis labai panašus į tris eukariotų asociacijas. Daugelis mokslininkų teigė, kad tai, ką galime stebėti archėjose, iš tikrųjų yraspecializuotų polimerazių evoliucinis protėvis. Įdomi ir virusų struktūra. Kaip minėta anksčiau, ne visi tokie mikroorganizmai turi savo polimerazę. Ir kur jis yra, tai yra vienas subvienetas. Manoma, kad virusiniai fermentai yra kilę iš DNR polimerazių, o ne iš sudėtingų RNR konstrukcijų. Nors dėl šios mikroorganizmų grupės įvairovės nagrinėjamas biologinis mechanizmas įgyvendinamas skirtingai.
Išvada
Deja, šiuo metu žmonija dar neturi visos reikiamos informacijos, reikalingos genomui suprasti. Ir ką būtų galima padaryti! Beveik visos ligos iš esmės turi genetinį pagrindą – tai visų pirma taikoma virusams, kurie mums nuolat kelia problemų, infekcijoms ir pan. Sudėtingiausios ir nepagydomiausios ligos taip pat iš tikrųjų tiesiogiai ar netiesiogiai priklauso nuo žmogaus genomo. Kai išmoksime suprasti save ir pritaikyti šias žinias savo naudai, daugybė problemų ir ligų tiesiog nustos egzistuoti. Daugelis anksčiau baisių ligų, tokių kaip raupai ir maras, jau tapo praeitimi. Ruošiasi ten vykti kiaulytė, kokliušas. Tačiau neturėtume atsipalaiduoti, nes vis dar susiduriame su daugybe įvairių iššūkių, į kuriuos reikia atsakyti. Ir jis bus rastas, nes viskas eina link to.
