Jokainen, joka opiskelee molekyylibiologiaa, biokemiaa, geenitekniikkaa ja monia muita vastaavia tieteitä, kysyy ennemmin tai myöhemmin kysymyksen: mikä on RNA-polymeraasin tehtävä? Tämä on melko monimutkainen aihe, jota ei ole vielä täysin tutkittu, mutta siitä huolimatta, mitä tiedetään, käsitellään artikkelin puitteissa.
Yleistä tietoa
On välttämätöntä muistaa, että on olemassa eukaryoottien ja prokaryoottien RNA-polymeraasi. Ensimmäinen on edelleen jaettu kolmeen tyyppiin, joista jokainen on vastuussa erillisen geeniryhmän transkriptiosta. Nämä entsyymit on numeroitu yksinkertaisuuden vuoksi ensimmäiseksi, toiseksi ja kolmanneksi RNA-polymeraasiksi. Prokaryootti, jonka rakenne on ydinvapaa, toimii transkription aikana yksinkertaistetun kaavion mukaisesti. Siksi selvyyden vuoksi eukaryootit otetaan huomioon, jotta se kattaisi mahdollisimman paljon tietoa. RNA-polymeraasit ovat rakenteellisesti samanlaisia toistensa kanssa. Niiden uskotaan sisältävän vähintään 10 polypeptidiketjua. Samaan aikaan RNA-polymeraasi 1 syntetisoi (transkriptoi) geenejä, jotka myöhemmin transloidaan erilaisiksi proteiineiksi. Toinen on geenien transkriptio, jotka sitten muunnetaan proteiineihin. RNA-polymeraasi 3:a edustavat useat matalan molekyylipainon stabiilit entsyymit, jotka kohtalaisestiherkkä alfa-amatiinille. Mutta emme ole päättäneet, mikä RNA-polymeraasi on! Tämä on ribonukleiinihappomolekyylien synteesiin osallistuvien entsyymien nimi. Suppeassa merkityksessä tämä viittaa DNA-riippuvaisiin RNA-polymeraaseihin, jotka toimivat deoksiribonukleiinihappotemplaatin perusteella. Entsyymeillä on suuri merkitys elävien organismien pitkäaikaiselle ja onnistuneelle toiminnalle. RNA-polymeraaseja löytyy kaikista soluista ja useimmista viruksista.
Jako ominaisuuksien mukaan
Alayksikön koostumuksesta riippuen RNA-polymeraasit jaetaan kahteen ryhmään:
- Ensimmäinen käsittelee pienen määrän geenien transkriptiota yksinkertaisissa genomeissa. Toimiakseen tässä tapauksessa ei tarvita monimutkaisia sääntelytoimia. Siksi tämä sisältää kaikki entsyymit, jotka koostuvat vain yhdestä alayksiköstä. Esimerkki on bakteriofagien ja mitokondrioiden RNA-polymeraasi.
- Tähän ryhmään kuuluvat kaikki eukaryoottien ja bakteerien RNA-polymeraasit, jotka ovat monimutkaisia. Ne ovat monimutkaisia monen alayksikön proteiinikomplekseja, jotka voivat transkriptoida tuhansia erilaisia geenejä. Toimiessaan nämä geenit reagoivat suureen määrään säätelysignaaleja, jotka tulevat proteiinitekijöistä ja nukleotideista.
Tällainen rakenteellis-toiminnallinen jako on hyvin ehdollinen ja voimakas yksinkertaistus todellisesta asioiden tilasta.
Mitä RNA-polymeraasi teen?
Niille on määritetty ensisijaisten muodostamistoimintorRNA-geenitranskriptit, eli ne ovat tärkeimpiä. Jälkimmäiset tunnetaan paremmin nimellä 45S-RNA. Niiden pituus on noin 13 tuhatta nukleotidia. Siitä muodostuu 28S-RNA, 18S-RNA ja 5,8S-RNA. Koska niiden luomiseen käytetään vain yhtä transkriptoria, keho saa "takuun", että molekyylejä muodostuu yhtä paljon. Samaan aikaan vain 7 tuhatta nukleotidia käytetään RNA:n luomiseen suoraan. Loput transkriptista hajoavat ytimessä. Tällaisesta suuresta jäännöksestä on olemassa mielipide, että se on välttämätön ribosomin muodostumisen alkuvaiheissa. Näiden polymeraasien määrä korkeampien olentojen soluissa vaihtelee noin 40 tuhatta yksikköä.
Miten se on järjestetty?
Olemme siis jo hyvin harkinneet ensimmäistä RNA-polymeraasia (molekyylin prokaryoottista rakennetta). Samaan aikaan suurilla alayksiköillä, kuten myös suurella määrällä muita korkean molekyylipainon polypeptidejä, on hyvin määritellyt toiminnalliset ja rakenteelliset domeenit. Geenien kloonauksen ja niiden primäärirakenteen määrittämisen aikana tutkijat tunnistivat ketjujen evoluution konservatiivisia osia. Hyvällä ilmennyksellä tutkijat suorittivat myös mutaatioanalyysin, jonka avulla voidaan puhua yksittäisten domeenien toiminnallisesta merkityksestä. Tämän tekemiseksi käyttämällä kohdennettua mutageneesiä yksittäisiä aminohappoja muutettiin polypeptidiketjuissa ja tällaisia modifioituja alayksiköitä käytettiin entsyymien kokoamisessa, minkä jälkeen analysoitiin näistä rakenteista saadut ominaisuudet. Todettiin, että koska sen organisaatio, ensimmäinen RNA-polymeraasi päällealfa-amatiinin (erittäin myrkyllinen aine, joka on peräisin vaalean uikkusta) läsnäolo ei reagoi ollenkaan.
Operaatio
Sekä ensimmäinen että toinen RNA-polymeraasi voivat esiintyä kahdessa muodossa. Yksi niistä voi toimia tietyn transkription käynnistämiseksi. Toinen on DNA-riippuvainen RNA-polymeraasi. Tämä suhde ilmenee toiminnan toiminnan laajuudessa. Aihetta tutkitaan edelleen, mutta jo tiedetään, että se riippuu kahdesta transkriptiotekijästä, joita kutsutaan nimellä SL1 ja UBF. Jälkimmäisen erikoisuus on, että se voi sitoutua suoraan promoottoriin, kun taas SL1 vaatii UBF:n läsnäolon. Vaikka kokeellisesti havaittiin, että DNA-riippuvainen RNA-polymeraasi voi osallistua transkriptioon minimaalisella tasolla ja ilman jälkimmäisen läsnäoloa. Mutta tämän mekanismin normaalia toimintaa varten UBF tarvitaan edelleen. Miksi juuri? Toistaiseksi ei ole voitu selvittää syytä tälle käytökselle. Yksi suosituimmista selityksistä viittaa siihen, että UBF toimii eräänlaisena rDNA-transkription stimulaattorina, kun se kasvaa ja kehittyy. Lepovaiheen tullessa toiminnan vähimmäistaso säilyy. Ja hänelle transkriptiotekijöiden osallistuminen ei ole kriittistä. Näin RNA-polymeraasi toimii. Tämän entsyymin toiminnot antavat meille mahdollisuuden tukea kehomme pienten "rakennuspalikoiden" uusiutumisprosessia, minkä ansiosta sitä päivitetään jatkuvasti vuosikymmeniä.
Toinen entsyymien ryhmä
Niiden toimintaa säätelee toisen luokan promoottoreiden moniproteiininen esi-initiaatiokompleksi. Useimmiten tämä ilmaistaan työssä erityisten proteiinien - aktivaattoreiden kanssa. Esimerkki on TVR. Nämä liittyvät tekijät, jotka ovat osa TFIID:tä. Ne ovat kohteita p53:lle, NF kappa B:lle ja niin edelleen. Proteiinit, joita kutsutaan koaktivaattoreiksi, vaikuttavat myös säätelyprosessiin. Esimerkki on GCN5. Miksi näitä proteiineja tarvitaan? Ne toimivat sovittimina, jotka säätävät aktivaattorien ja tekijöiden vuorovaikutusta, jotka sisältyvät esialoituskompleksiin. Jotta transkriptio tapahtuisi oikein, tarvitaan tarvittavien aloitustekijöiden läsnäolo. Huolimatta siitä, että niitä on kuusi, vain yksi voi olla suoraan vuorovaikutuksessa promoottorin kanssa. Muissa tapauksissa tarvitaan enn alta muodostettu toinen RNA-polymeraasikompleksi. Lisäksi näiden prosessien aikana proksimaaliset elementit ovat lähellä - vain 50-200 paria paikasta, josta transkriptio alkoi. Ne sisältävät osoituksen aktivaattoriproteiinien sitoutumisesta.
Erikoisominaisuudet
Vaikuttaako eri alkuperää olevien entsyymien alayksikkörakenne niiden toiminnalliseen rooliin transkriptiossa? Tähän kysymykseen ei ole tarkkaa vastausta, mutta uskotaan, että se on todennäköisesti myönteinen. Miten RNA-polymeraasi riippuu tästä? Yksinkertaisen rakenteen omaavien entsyymien tehtävät ovat rajallisen geenivalikoiman (tai jopa niiden pienten osien) transkriptio. Esimerkki on Okazaki-fragmenttien RNA-alukkeiden synteesi. Bakteerien ja faagien RNA-polymeraasin promoottorispesifisyys on, että entsyymeillä on yksinkertainen rakenne ja ne eivät eroa monimuotoisuudessa. Tämä voidaan nähdä DNA:n replikaatioprosessissa bakteereissa. Vaikka tätäkin voidaan harkita: kun tutkittiin parillisen T-faagin genomin monimutkaista rakennetta, jonka kehittämisen aikana havaittiin moninkertainen transkription vaihto eri geeniryhmien välillä, paljastettiin, että käytettiin monimutkaista isäntä-RNA-polymeraasia. tätä varten. Toisin sanoen yksinkertaista entsyymiä ei indusoitu tällaisissa tapauksissa. Tästä seuraa useita seurauksia:
- Eukaryoottisen ja bakteeriperäisen RNA-polymeraasin pitäisi pystyä tunnistamaan erilaisia promoottoreita.
- On välttämätöntä, että entsyymeillä on tietty vaste erilaisille säätelyproteiineille.
- RNA-polymeraasin pitäisi myös kyetä muuttamaan templaatti-DNA:n nukleotidisekvenssin tunnistuksen spesifisyyttä. Tätä varten käytetään erilaisia proteiiniefektoreita.
Tästä seuraa kehon ylimääräisten "rakennuselementtien" tarve. Transkriptiokompleksin proteiinit auttavat RNA-polymeraasia suorittamaan täysin tehtävänsä. Tämä koskee eniten monimutkaisen rakenteen omaavia entsyymejä, joiden mahdollisuuksiin sisältyy laajan geneettisen tiedon toteuttamisohjelman toteuttaminen. Erilaisten tehtävien ansiosta voimme havaita eräänlaista hierarkiaa RNA-polymeraasien rakenteessa.
Miten transkriptioprosessi toimii?
Onko olemassa geeni, joka vastaa viestinnästäRNA-polymeraasi? Ensinnäkin transkriptiosta: eukaryooteissa prosessi tapahtuu ytimessä. Prokaryooteissa se tapahtuu itse mikro-organismissa. Polymeraasivuorovaikutus perustuu yksittäisten molekyylien komplementaarisen pariutumisen perusrakenneperiaatteeseen. Vuorovaikutuskysymyksistä voidaan sanoa, että DNA toimii yksinomaan templaattina eikä muutu transkription aikana. Koska DNA on kiinteä entsyymi, on mahdollista sanoa varmasti, että tietty geeni on vastuussa tästä polymeeristä, mutta se on hyvin pitkä. Ei pidä unohtaa, että DNA sisältää 3,1 miljardia nukleotiditähdettä. Siksi olisi tarkoituksenmukaisempaa sanoa, että jokainen RNA-tyyppi on vastuussa omasta DNA:staan. Polymeraasireaktion edetä varten tarvitaan energialähteitä ja ribonukleosiditrifosfaattisubstraatteja. Niiden läsnä ollessa ribonukleosidimonofosfaattien välille muodostuu 3', 5'-fosfodiesterisidoksia. RNA-molekyyli alkaa syntetisoitua tietyissä DNA-sekvensseissä (promoottorit). Tämä prosessi päättyy pääteosiin (pääte). Tässä mukana olevaa sivustoa kutsutaan transkriptioksi. Eukaryooteissa täällä on yleensä vain yksi geeni, kun taas prokaryooteilla voi olla useita koodin osia. Jokaisella transkriptionilla on ei-informatiivinen vyöhyke. Ne sisältävät spesifisiä nukleotidisekvenssejä, jotka ovat vuorovaikutuksessa aiemmin mainittujen säätelevien transkriptiotekijöiden kanssa.
Bakteereiden RNA-polymeraasit
Nämäyksi entsyymi on vastuussa mRNA:n, rRNA:n ja tRNA:n synteesistä. Keskimääräisessä polymeraasimolekyylissä on noin 5 alayksikköä. Kaksi niistä toimii entsyymin sitovina elementteinä. Toinen alayksikkö osallistuu synteesin aloittamiseen. Siinä on myös entsyymikomponentti epäspesifistä sitoutumista varten DNA:han. Ja viimeinen alayksikkö osallistuu RNA-polymeraasin saattamiseen toimivaan muotoon. On huomattava, että entsyymimolekyylit eivät ole "vapaita" kellumaan bakteerien sytoplasmassa. Kun RNA-polymeraasit eivät ole käytössä, ne sitoutuvat epäspesifisiin DNA-alueisiin ja odottavat aktiivisen promoottorin avautumista. Aiheesta hieman poikkeamalla on todettava, että proteiineja ja niiden vaikutusta ribonukleiinihappopolymeraaseihin on erittäin kätevää tutkia bakteereissa. On erityisen kätevää kokeilla niitä yksittäisten elementtien stimuloimiseksi tai tukahduttamiseksi. Niiden korkean kertolaskunopeuden ansiosta haluttu tulos voidaan saavuttaa suhteellisen nopeasti. Valitettavasti ihmistutkimus ei voi edetä näin nopeasti rakenteellisen monimuotoisuutemme vuoksi.
Kuinka RNA-polymeraasi "juuri" eri muodoissa?
Tämä artikkeli on tulossa loogiseen lopputulokseen. Painopiste oli eukaryooteissa. Mutta on myös arkeaa ja viruksia. Siksi haluaisin kiinnittää vähän huomiota näihin elämänmuotoihin. Arkean elämässä on vain yksi RNA-polymeraasiryhmä. Mutta se on ominaisuuksiltaan erittäin samanlainen kuin kolme eukaryoottiyhdistystä. Monet tutkijat ovat ehdottaneet, että se, mitä voimme havaita arkeoissa, on todellakinerikoistuneiden polymeraasien evoluution esi-isä. Myös virusten rakenne on mielenkiintoinen. Kuten aiemmin mainittiin, kaikilla tällaisilla mikro-organismeilla ei ole omaa polymeraasiaan. Ja missä se on, se on yksi alayksikkö. Virusentsyymien uskotaan olevan peräisin DNA-polymeraaseista eikä monimutkaisista RNA-rakenteista. Vaikka tämän mikro-organismiryhmän monimuotoisuuden vuoksi on olemassa erilaisia toteutuksia harkitulle biologiselle mekanismille.
Johtopäätös
Valitettavasti ihmiskunnalla ei tällä hetkellä ole vielä kaikkea genomin ymmärtämiseen tarvittavaa tietoa. Ja mitä voisi tehdä! Lähes kaikilla sairauksilla on periaatteessa geneettinen perusta - tämä koskee ensisijaisesti viruksia, jotka aiheuttavat meille jatkuvasti ongelmia, infektioita ja niin edelleen. Monimutkaisimmat ja parantumattomimmat sairaudet ovat itse asiassa myös suoraan tai epäsuorasti riippuvaisia ihmisen genomista. Kun opimme ymmärtämään itseämme ja soveltamaan tätä tietoa hyödyksemme, suuri määrä ongelmia ja sairauksia yksinkertaisesti lakkaa olemasta. Monet aiemmin hirvittävät sairaudet, kuten isorokko ja rutto, ovat jo mennyttä. Valmistautuminen sinne sikotauti, hinkuyskä. Mutta meidän ei pidä rentoutua, koska meillä on edelleen suuri joukko erilaisia haasteita, joihin on vastattava. Ja hänet löydetään, sillä kaikki on menossa tätä kohti.
