Igaüks, kes õpib molekulaarbioloogiat, biokeemiat, geenitehnoloogiat ja mitmeid teisi sellega seotud teadusi, esitab varem või hiljem küsimuse: mis on RNA polümeraasi funktsioon? Tegemist on üsna keerulise teemaga, mida pole veel lõpuni uuritud, kuid sellest hoolimata räägitakse artikli raames teadaolevast.
Üldine teave
Tuleb meeles pidada, et on olemas eukarüootide ja prokarüootide RNA polümeraas. Esimene jaguneb veel kolme tüüpi, millest igaüks vastutab eraldi geenirühma transkriptsiooni eest. Need ensüümid on lihtsuse mõttes nummerdatud esimeseks, teiseks ja kolmandaks RNA polümeraasiks. Prokarüoot, mille struktuur on tuumavaba, toimib transkriptsiooni ajal lihtsustatud skeemi järgi. Seetõttu võetakse selguse huvides arvesse eukarüoote, et hõlmata võimalikult palju teavet. RNA polümeraasid on struktuurilt üksteisega sarnased. Arvatakse, et need sisaldavad vähem alt 10 polüpeptiidahelat. Samal ajal sünteesib (transkribeerib) RNA polümeraas 1 geene, mis seejärel transleeritakse erinevateks valkudeks. Teine on geenide transkribeerimine, mis seejärel tõlgitakse valkudeks. RNA polümeraas 3 on esindatud mitmesuguste madala molekulmassiga stabiilsete ensüümidega, mis mõõduk alttundlik alfa-amatiini suhtes. Kuid me pole otsustanud, mis on RNA polümeraas! See on ribonukleiinhappemolekulide sünteesis osalevate ensüümide nimetus. Kitsas tähenduses viitab see DNA-sõltuvatele RNA polümeraasidele, mis toimivad desoksüribonukleiinhappe matriitsi alusel. Ensüümidel on suur tähtsus elusorganismide pikaajaliseks ja edukaks toimimiseks. RNA polümeraase leidub kõigis rakkudes ja enamikus viirustes.
Jagamine tunnuste järgi
Sõltuv alt subühiku koostisest jagatakse RNA polümeraasid kahte rühma:
- Esimene käsitleb väikese arvu geenide transkriptsiooni lihtsates genoomides. Sel juhul ei ole toimimiseks vaja keerulisi regulatiivseid meetmeid. Seetõttu hõlmab see kõiki ensüüme, mis koosnevad ainult ühest subühikust. Näiteks on bakteriofaagide ja mitokondrite RNA polümeraas.
- Sellesse rühma kuuluvad kõik eukarüootide ja bakterite RNA polümeraasid, mis on komplekssed. Need on keerukad mitmest allüksusest koosnevad valgukompleksid, mis suudavad transkribeerida tuhandeid erinevaid geene. Oma toimimise ajal reageerivad need geenid suurele hulgale regulatoorsetele signaalidele, mis pärinevad valgufaktoritest ja nukleotiididest.
Selline struktuurne-funktsionaalne jaotus on asjade tegeliku seisu väga tinglik ja tugev lihtsustus.
Mida ma RNA polümeraas teeb?
Neile on määratud esmase moodustamise funktsioonrRNA geeni transkriptid ehk need on kõige olulisemad. Viimaseid tuntakse paremini nimetuse 45S-RNA all. Nende pikkus on ligikaudu 13 tuhat nukleotiidi. Sellest moodustuvad 28S-RNA, 18S-RNA ja 5,8S-RNA. Tänu sellele, et nende loomiseks kasutatakse ainult ühte transkriptorit, saab keha "garantii", et molekule moodustub võrdsetes kogustes. Samal ajal kasutatakse RNA otseseks loomiseks ainult 7 tuhat nukleotiidi. Ülejäänud transkript laguneb tuumas. Nii suure jäägi kohta on arvamus, et see on vajalik ribosoomide moodustumise varases staadiumis. Nende polümeraaside arv kõrgemate olendite rakkudes kõigub 40 tuhande ühiku ümber.
Kuidas see on korraldatud?
Niisiis, oleme juba põhjalikult kaalunud esimest RNA polümeraasi (molekuli prokarüootne struktuur). Samal ajal on suurtel subühikutel, aga ka paljudel teistel suure molekulmassiga polüpeptiididel, hästi määratletud funktsionaalsed ja struktuursed domeenid. Geenide kloonimise ja nende esmase struktuuri määramise käigus tuvastasid teadlased ahelate evolutsiooniliselt konservatiivsed lõigud. Head väljendust kasutades viisid teadlased läbi ka mutatsioonianalüüsi, mis võimaldab rääkida üksikute domeenide funktsionaalsest tähendusest. Selleks muudeti kohtsuunatud mutageneesi abil polüpeptiidahelates üksikuid aminohappeid ja selliseid modifitseeritud subühikuid kasutati ensüümide koostamisel, millele järgnes nendes konstruktides saadud omaduste analüüsimine. Märgiti, et tänu oma organisatsioonile, esimene RNA polümeraas sissealfa-amatiini (väga mürgine aine, mis pärineb kahvatukahast) olemasolu ei reageeri üldse.
Operatsioon
Nii esimene kui ka teine RNA polümeraas võivad eksisteerida kahel kujul. Üks neist võib toimida konkreetse transkriptsiooni algatamiseks. Teine on DNA-st sõltuv RNA polümeraas. See seos väljendub funktsioneerimise aktiivsuse suuruses. Teema on veel uurimisel, kuid on juba teada, et see sõltub kahest transkriptsioonifaktorist, mis on tähistatud kui SL1 ja UBF. Viimase eripära on see, et see võib otseselt seostuda promootoriga, samas kui SL1 nõuab UBF-i olemasolu. Kuigi katseliselt leiti, et DNA-st sõltuv RNA polümeraas võib osaleda transkriptsioonis minimaalsel tasemel ja ilma viimase juuresolekuta. Kuid selle mehhanismi normaalseks toimimiseks on UBF endiselt vajalik. Miks täpselt? Seni pole sellise käitumise põhjust suudetud tuvastada. Üks populaarsemaid selgitusi viitab sellele, et UBF toimib omamoodi rDNA transkriptsiooni stimulaatorina, kui see kasvab ja areneb. Puhkefaasi saabudes säilib minimaalne nõutav funktsionaalsustase. Ja tema jaoks ei ole transkriptsioonifaktorite osalemine kriitiline. Nii töötab RNA polümeraas. Selle ensüümi funktsioonid võimaldavad meil toetada meie keha väikeste "ehituskivide" taastootmisprotsessi, tänu millele seda aastakümneid pidev alt uuendatakse.
Teine rühm ensüüme
Nende toimimist reguleerib teise klassi promootorite mitmevalgu pre-initsiatsioonikompleks. Kõige sagedamini väljendub see töös spetsiaalsete valkude - aktivaatoritega. Näiteks on TVR. Need on seotud tegurid, mis on osa TFIID-ist. Need on p53, NF kappa B ja nii edasi sihtmärgid. Valgud, mida nimetatakse koaktivaatoriteks, avaldavad samuti oma mõju reguleerimise protsessis. Näiteks on GCN5. Miks neid valke vaja on? Need toimivad adapteritena, mis reguleerivad initsiatsioonieelsesse kompleksi kuuluvate aktivaatorite ja tegurite koostoimet. Selleks, et transkriptsioon toimuks õigesti, on vajalik vajalike initsiatiivfaktorite olemasolu. Hoolimata asjaolust, et neid on kuus, saab promootoriga otse suhelda ainult üks. Muudel juhtudel on vaja eelnev alt valmistatud teist RNA polümeraasi kompleksi. Veelgi enam, nende protsesside ajal on proksimaalsed elemendid läheduses - ainult 50–200 paari kohast, kus transkriptsioon algas. Need sisaldavad märge aktivaatorvalkude seondumise kohta.
Erifunktsioonid
Kas erineva päritoluga ensüümide subühikute struktuur mõjutab nende funktsionaalset rolli transkriptsioonis? Sellele küsimusele pole täpset vastust, kuid arvatakse, et see on tõenäoliselt positiivne. Kuidas RNA polümeraas sellest sõltub? Lihtsa struktuuriga ensüümide funktsioonid on piiratud hulga geenide (või isegi nende väikeste osade) transkriptsioon. Näiteks on Okazaki fragmentide RNA praimerite süntees. Bakterite ja faagide RNA polümeraasi promootori spetsiifilisus seisneb selles, et ensüümid on lihtsa struktuuriga ja ei erine oma mitmekesisuse poolest. Seda võib näha DNA replikatsiooni protsessis bakterites. Kuigi võib arvestada ka sellega: kui uuriti ühtlase T-faagi genoomi keerulist struktuuri, mille väljatöötamise käigus täheldati mitmekordset transkriptsiooni lülitumist erinevate geenirühmade vahel, selgus, et kasutati kompleksset peremees-RNA polümeraasi. selle jaoks. See tähendab, et lihtsat ensüümi sellistel juhtudel ei indutseerita. Sellest tulenevad mitmed tagajärjed:
- Eukarüootne ja bakteriaalne RNA polümeraas peaks suutma ära tunda erinevaid promootoreid.
- On vajalik, et ensüümidel oleks teatud reaktsioon erinevatele reguleerivatele valkudele.
- RNA polümeraas peaks samuti suutma muuta matriitsi DNA nukleotiidjärjestuse äratundmise spetsiifilisust. Selleks kasutatakse erinevaid valguefektoreid.
Siit järgneb keha vajadus täiendavate "ehituselementide" järele. Transkriptsioonikompleksi valgud aitavad RNA polümeraasil oma funktsioone täielikult täita. See kehtib enim keeruka struktuuriga ensüümide kohta, mille võimalustes on ulatuslik geneetilise informatsiooni rakendamise programmi rakendamine. Tänu erinevatele ülesannetele võime jälgida RNA polümeraaside struktuuris omamoodi hierarhiat.
Kuidas transkriptsiooniprotsess töötab?
Kas on geen, mis vastutab suhtlemise eestRNA polümeraas? Esiteks transkriptsiooni kohta: eukarüootides toimub protsess tuumas. Prokarüootides toimub see mikroorganismis endas. Polümeraasi interaktsioon põhineb üksikute molekulide komplementaarse sidumise aluspõhimõttel. Interaktsiooniprobleemide osas võime öelda, et DNA toimib eranditult mallina ega muutu transkriptsiooni ajal. Kuna DNA on lahutamatu ensüüm, võib kindl alt väita, et selle polümeeri eest vastutab konkreetne geen, kuid see on väga pikk. Ei tasu unustada, et DNA sisaldab 3,1 miljardit nukleotiidijääki. Seetõttu oleks õigem öelda, et iga RNA tüüp vastutab oma DNA eest. Polümeraasi reaktsiooni kulgemiseks on vaja energiaallikaid ja ribonukleosiidtrifosfaadi substraate. Nende juuresolekul moodustuvad ribonukleosiidmonofosfaatide vahel 3', 5'-fosfodiestersidemed. RNA molekuli hakatakse sünteesima teatud DNA järjestustes (promootorites). See protsess lõpeb lõppsektsioonidega (lõpetamine). Siin osalevat saiti nimetatakse transkriptsiooniks. Eukarüootides on siin reeglina ainult üks geen, samas kui prokarüootidel võib olla mitu koodiosa. Igal transkriptonil on mitteinformatiivne tsoon. Need sisaldavad spetsiifilisi nukleotiidjärjestusi, mis interakteeruvad varem mainitud regulatiivsete transkriptsioonifaktoritega.
Bakteriaalsed RNA polümeraasid
Needmikroorganismide puhul vastutab mRNA, rRNA ja tRNA sünteesi eest üks ensüüm. Keskmisel polümeraasi molekulil on ligikaudu 5 subühikut. Kaks neist toimivad ensüümi siduvate elementidena. Teine allüksus osaleb sünteesi algatamises. Samuti on DNA-ga mittespetsiifiliseks seondumiseks ensüümkomponent. Ja viimane allüksus on seotud RNA polümeraasi töövormi viimisega. Tuleb märkida, et ensüümi molekulid ei hõlju bakterite tsütoplasmas "vab alt". Kui seda ei kasutata, seonduvad RNA polümeraasid DNA mittespetsiifiliste piirkondadega ja ootavad aktiivse promootori avanemist. Teemast veidi kõrvale kaldudes olgu öeldud, et valke ja nende mõju ribonukleiinhappe polümeraasidele on väga mugav uurida bakteritel. Eriti mugav on nendega katsetada üksikute elementide stimuleerimiseks või mahasurumiseks. Tänu nende suurele korrutuskiirusele saab soovitud tulemuse suhteliselt kiiresti. Kahjuks ei saa inimuuringud meie struktuurilise mitmekesisuse tõttu nii kiiresti edasi liikuda.
Kuidas RNA polümeraas erinevates vormides "juurdus"?
See artikkel on jõudmas oma loogilise järelduseni. Keskenduti eukarüootidele. Kuid on ka arheaid ja viirusi. Seetõttu tahaksin neile eluvormidele veidi tähelepanu pöörata. Arhea elus on ainult üks RNA polümeraaside rühm. Kuid see on oma omadustelt äärmiselt sarnane eukarüootide kolme ühendusega. Paljud teadlased on väitnud, et see, mida saame arheas jälgida, on tegelikult niispetsialiseeritud polümeraaside evolutsiooniline esivanem. Huvitav on ka viiruste struktuur. Nagu eelnev alt mainitud, ei ole kõigil sellistel mikroorganismidel oma polümeraas. Ja kus see on, on see üks allüksus. Arvatakse, et viiruslikud ensüümid pärinevad pigem DNA polümeraasidest kui komplekssetest RNA konstruktsioonidest. Kuigi selle mikroorganismide rühma mitmekesisuse tõttu on vaadeldaval bioloogilisel mehhanismil erinevaid rakendusi.
Järeldus
Paraku ei ole inimkonnal praegu veel kogu genoomi mõistmiseks vajalikku teavet. Ja mida saaks teha! Peaaegu kõikidel haigustel on põhimõtteliselt geneetiline alus – see kehtib eelkõige viiruste kohta, mis meile pidev alt probleeme tekitavad, infektsioonide jms kohta. Kõige keerulisemad ja ravimatumad haigused sõltuvad tegelikult ka otseselt või kaudselt inimese genoomist. Kui õpime iseennast mõistma ja neid teadmisi enda kasuks rakendama, lakkab suur hulk probleeme ja haigusi lihts alt olemast. Paljud varem kohutavad haigused, nagu rõuged ja katk, on juba minevikku jäänud. Sinna minekuks valmistumine mumps, läkaköha. Kuid me ei tohiks lõdvestuda, sest meil on endiselt ees suur hulk erinevaid väljakutseid, millele tuleb vastata. Ja ta leitakse üles, sest kõik liigub selle poole.
