Každý, kto študuje molekulárnu biológiu, biochémiu, genetické inžinierstvo a množstvo ďalších príbuzných vied, si skôr či neskôr položí otázku: aká je funkcia RNA polymerázy? Ide o pomerne zložitú tému, ktorá ešte nie je úplne preskúmaná, no napriek tomu sa v rámci článku preberie to, čo je známe.
Všeobecné informácie
Je potrebné si uvedomiť, že existuje RNA polymeráza eukaryotov a prokaryotov. Prvý sa ďalej delí na tri typy, z ktorých každý je zodpovedný za transkripciu samostatnej skupiny génov. Tieto enzýmy sú kvôli jednoduchosti očíslované ako prvá, druhá a tretia RNA polymeráza. Prokaryot, ktorého štruktúra je bez jadra, pri transkripcii pôsobí podľa zjednodušenej schémy. Preto pre prehľadnosť, aby sme pokryli čo najviac informácií, sa budú brať do úvahy eukaryoty. RNA polymerázy sú si navzájom štruktúrne podobné. Predpokladá sa, že obsahujú aspoň 10 polypeptidových reťazcov. RNA polymeráza 1 zároveň syntetizuje (prepisuje) gény, ktoré budú následne preložené do rôznych proteínov. Druhým je prepis génov, ktoré sú následne preložené do proteínov. RNA polymeráza 3 je reprezentovaná rôznymi stabilnými enzýmami s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré strednecitlivý na alfa amatín. Ale ešte sme sa nerozhodli, čo je RNA polymeráza! Toto je názov enzýmov, ktoré sa podieľajú na syntéze molekúl ribonukleovej kyseliny. V užšom zmysle sa to týka DNA-dependentných RNA polymeráz, ktoré pôsobia na základe templátu deoxyribonukleovej kyseliny. Enzýmy majú veľký význam pre dlhodobé a úspešné fungovanie živých organizmov. RNA polymerázy sa nachádzajú vo všetkých bunkách a väčšine vírusov.
Rozdelenie podľa funkcií
V závislosti od zloženia podjednotiek sa RNA polymerázy delia do dvoch skupín:
- Prvý sa zaoberá transkripciou malého počtu génov v jednoduchých genómoch. Na fungovanie v tomto prípade nie sú potrebné zložité regulačné opatrenia. Preto sem patria všetky enzýmy, ktoré pozostávajú len z jednej podjednotky. Príkladom je RNA polymeráza bakteriofágov a mitochondrií.
- Táto skupina zahŕňa všetky RNA polymerázy eukaryotov a baktérií, ktoré sú zložité. Sú to zložité proteínové komplexy s viacerými podjednotkami, ktoré dokážu prepísať tisíce rôznych génov. Počas svojho fungovania tieto gény reagujú na veľké množstvo regulačných signálov, ktoré pochádzajú z proteínových faktorov a nukleotidov.
Takéto štruktúrno-funkčné rozdelenie je veľmi podmienené a silné zjednodušenie skutočného stavu vecí.
Čo robím RNA polymeráza?
Je im pridelená funkcia primárneho formovaniarRNA génové transkripty, to znamená, že sú najdôležitejšie. Posledne menované sú známejšie pod označením 45S-RNA. Ich dĺžka je približne 13 tisíc nukleotidov. Vznikajú z neho 28S-RNA, 18S-RNA a 5,8S-RNA. Vďaka tomu, že sa na ich vytvorenie používa iba jeden transkriptor, telo dostáva „záruku“, že molekuly sa budú tvoriť v rovnakých množstvách. Na priamu tvorbu RNA sa zároveň používa iba 7 000 nukleotidov. Zvyšok transkriptu je degradovaný v jadre. Čo sa týka takého veľkého zvyšku, existuje názor, že je nevyhnutný pre skoré štádiá tvorby ribozómov. Počet týchto polymeráz v bunkách vyšších bytostí kolíše okolo značky 40 tisíc jednotiek.
Ako je to organizované?
Takže už sme dobre zvážili prvú RNA polymerázu (prokaryotická štruktúra molekuly). Súčasne veľké podjednotky, ako aj veľké množstvo iných vysokomolekulárnych polypeptidov, majú dobre definované funkčné a štruktúrne domény. Počas klonovania génov a určovania ich primárnej štruktúry vedci identifikovali evolučne konzervatívne úseky reťazcov. Pomocou dobrého vyjadrenia výskumníci tiež vykonali mutačnú analýzu, ktorá nám umožňuje hovoriť o funkčnom význame jednotlivých domén. Na tento účel sa pomocou miestne cielenej mutagenézy zmenili jednotlivé aminokyseliny v polypeptidových reťazcoch a takto modifikované podjednotky sa použili na zostavenie enzýmov s následnou analýzou vlastností, ktoré sa získali v týchto konštruktoch. Bolo poznamenané, že vďaka svojej organizácii, prvá RNA polymeráza naprítomnosť alfa-amatínu (vysoko toxická látka pochádzajúca z potápky bledej) vôbec nereaguje.
Prevádzka
Prvá aj druhá RNA polymeráza môžu existovať v dvoch formách. Jeden z nich môže pôsobiť na spustenie špecifickej transkripcie. Druhým je DNA dependentná RNA polymeráza. Tento vzťah sa prejavuje vo veľkosti aktivity fungovania. Téma je stále predmetom skúmania, no už je známe, že závisí od dvoch transkripčných faktorov, ktoré sú označené ako SL1 a UBF. Zvláštnosťou posledne menovaného je, že sa môže priamo viazať na promótor, zatiaľ čo SL1 vyžaduje prítomnosť UBF. Hoci sa experimentálne zistilo, že DNA-dependentná RNA polymeráza sa môže zúčastniť transkripcie na minimálnej úrovni a bez jej prítomnosti. Ale pre normálne fungovanie tohto mechanizmu je stále potrebný UBF. prečo presne? Doteraz nebolo možné zistiť dôvod tohto správania. Jedno z najpopulárnejších vysvetlení naznačuje, že UBF pri svojom raste a vývoji pôsobí ako druh stimulátora transkripcie rDNA. Keď nastane fáza odpočinku, minimálna požadovaná úroveň fungovania je zachovaná. A pre neho nie je kritická účasť transkripčných faktorov. Takto funguje RNA polymeráza. Funkcie tohto enzýmu nám umožňujú podporovať proces reprodukcie malých „stavebných kameňov“nášho tela, vďaka čomu sa neustále aktualizuje po celé desaťročia.
Druhá skupina enzýmov
Ich fungovanie je regulované zostavením multiproteínového pre-iniciačného komplexu promótorov druhej triedy. Najčastejšie sa to prejavuje v práci so špeciálnymi proteínmi - aktivátormi. Príkladom je TVR. Toto sú súvisiace faktory, ktoré sú súčasťou TFIID. Sú to ciele pre p53, NF kappa B a tak ďalej. V procese regulácie majú svoj vplyv aj proteíny, ktoré sa nazývajú koaktivátory. Príkladom je GCN5. Prečo sú tieto proteíny potrebné? Pôsobia ako adaptéry, ktoré upravujú interakciu aktivátorov a faktorov, ktoré sú zahrnuté v komplexe prediniciácie. Aby transkripcia prebehla správne, je potrebná prítomnosť potrebných iniciačných faktorov. Napriek tomu, že ich je šesť, iba jeden môže priamo komunikovať s promotérom. V iných prípadoch je potrebný vopred vytvorený druhý RNA polymerázový komplex. Navyše, počas týchto procesov sú proximálne prvky v blízkosti - iba 50-200 párov od miesta, kde sa začala transkripcia. Obsahujú označenie väzby aktivačných proteínov.
Špeciálne funkcie
Ovplyvňuje podjednotková štruktúra enzýmov rôzneho pôvodu ich funkčnú úlohu pri transkripcii? Na túto otázku neexistuje presná odpoveď, ale predpokladá sa, že je s najväčšou pravdepodobnosťou pozitívna. Ako od toho závisí RNA polymeráza? Funkciou enzýmov jednoduchej štruktúry je transkripcia obmedzeného rozsahu génov (alebo aj ich malých častí). Príkladom je syntéza RNA primerov Okazakiho fragmentov. Špecifickosť promótora RNA polymerázy baktérií a fágov spočíva v tom, že enzýmy majú jednoduchú štruktúru a nelíšia sa v rozmanitosti. To možno vidieť v procese replikácie DNA v baktériách. Aj keď možno zvážiť aj toto: keď sa študovala komplexná štruktúra genómu párneho T-fágu, počas ktorého vývoja sa zaznamenalo viacnásobné prepínanie transkripcie medzi rôznymi skupinami génov, zistilo sa, že sa použila komplexná hostiteľská RNA polymeráza. pre to. To znamená, že v takýchto prípadoch nie je indukovaný jednoduchý enzým. Z toho vyplýva niekoľko dôsledkov:
- Eukaryotická a bakteriálna RNA polymeráza by mala byť schopná rozpoznať rôzne promótory.
- Je potrebné, aby enzýmy mali určitú odozvu na rôzne regulačné proteíny.
- RNA polymeráza by tiež mala byť schopná zmeniť špecificitu rozpoznávania nukleotidovej sekvencie templátovej DNA. Na tento účel sa používajú rôzne proteínové efektory.
Odtiaľto vyplýva, že telo potrebuje ďalšie „stavebné“prvky. Proteíny transkripčného komplexu pomáhajú RNA polymeráze plne vykonávať svoje funkcie. To platí v najväčšej miere pre enzýmy komplexnej štruktúry, v možnostiach ktorých je realizácia rozsiahleho programu na implementáciu genetickej informácie. Vďaka rôznym úlohám môžeme pozorovať akúsi hierarchiu v štruktúre RNA polymeráz.
Ako funguje proces prepisu?
Existuje gén zodpovedný za komunikáciu sRNA polymeráza? Po prvé, o transkripcii: v eukaryotoch sa proces vyskytuje v jadre. U prokaryotov prebieha v samotnom mikroorganizme. Polymerázová interakcia je založená na základnom štruktúrnom princípe komplementárneho párovania jednotlivých molekúl. Čo sa týka interakčných problémov, môžeme povedať, že DNA funguje výlučne ako templát a počas transkripcie sa nemení. Keďže DNA je integrálny enzým, je možné s istotou povedať, že za tento polymér je zodpovedný konkrétny gén, ale bude to veľmi dlhé. Netreba zabúdať, že DNA obsahuje 3,1 miliardy nukleotidových zvyškov. Preto by bolo vhodnejšie povedať, že každý typ RNA je zodpovedný za svoju vlastnú DNA. Aby polymerázová reakcia pokračovala, sú potrebné zdroje energie a ribonukleozidtrifosfátové substráty. V ich prítomnosti sa medzi ribonukleozidovými monofosfátmi vytvárajú 3', 5'-fosfodiesterové väzby. Molekula RNA sa začína syntetizovať v určitých sekvenciách DNA (promótoroch). Tento proces končí na končiacich úsekoch (ukončení). Stránka, ktorá je tu zahrnutá, sa nazýva prepis. V eukaryotoch je tu spravidla len jeden gén, zatiaľ čo prokaryoty môžu mať niekoľko častí kódu. Každý prepis má neinformatívnu zónu. Obsahujú špecifické nukleotidové sekvencie, ktoré interagujú s regulačnými transkripčnými faktormi uvedenými vyššie.
Bakteriálne RNA polymerázy
Tietomikroorganizmy jeden enzým je zodpovedný za syntézu mRNA, rRNA a tRNA. Priemerná molekula polymerázy má približne 5 podjednotiek. Dva z nich pôsobia ako väzbové prvky enzýmu. Ďalšia podjednotka sa podieľa na iniciácii syntézy. Existuje aj enzýmová zložka pre nešpecifickú väzbu na DNA. A posledná podjednotka sa podieľa na uvedení RNA polymerázy do pracovnej formy. Treba poznamenať, že molekuly enzýmu nie sú „voľne“plávajúce v bakteriálnej cytoplazme. Keď sa RNA polymerázy nepoužívajú, viažu sa na nešpecifické oblasti DNA a čakajú, kým sa otvorí aktívny promótor. Trochu odbočením od témy treba povedať, že je veľmi vhodné študovať proteíny a ich vplyv na polymerázy ribonukleovej kyseliny na baktérie. Zvlášť vhodné je na nich experimentovať, aby sa stimulovali alebo potlačili jednotlivé prvky. Vzhľadom na ich vysokú mieru násobenia je možné dosiahnuť požadovaný výsledok pomerne rýchlo. Bohužiaľ, ľudský výskum nemôže pokračovať takou rýchlou rýchlosťou kvôli našej štrukturálnej rozmanitosti.
Ako sa RNA polymeráza „zakorenila“v rôznych formách?
Tento článok speje k logickému záveru. Pozornosť bola zameraná na eukaryoty. Existujú však aj archaea a vírusy. Preto by som sa chcel trochu venovať týmto formám života. V živote archaea existuje iba jedna skupina RNA polymeráz. Ale svojimi vlastnosťami je mimoriadne podobný trom asociáciám eukaryotov. Mnoho vedcov naznačilo, že to, čo môžeme pozorovať v archaea, je v skutočnostievolučný predchodca špecializovaných polymeráz. Zaujímavá je aj štruktúra vírusov. Ako už bolo uvedené, nie všetky takéto mikroorganizmy majú svoju vlastnú polymerázu. A tam, kde je, je to jedna podjednotka. Predpokladá sa, že vírusové enzýmy pochádzajú skôr z DNA polymeráz než z komplexných konštruktov RNA. Hoci v dôsledku rôznorodosti tejto skupiny mikroorganizmov existujú rôzne implementácie uvažovaného biologického mechanizmu.
Záver
Bohužiaľ, práve teraz ľudstvo ešte nemá všetky potrebné informácie potrebné na pochopenie genómu. A čo sa dalo robiť! Takmer všetky choroby majú v podstate genetický základ – týka sa to predovšetkým vírusov, ktoré nám neustále spôsobujú problémy, infekcií a pod. Najkomplexnejšie a nevyliečiteľné choroby sú v skutočnosti priamo alebo nepriamo závislé od ľudského genómu. Keď sa naučíme chápať sami seba a aplikovať tieto poznatky vo svoj prospech, veľké množstvo problémov a chorôb jednoducho prestane existovať. Mnohé predtým hrozné choroby, ako sú kiahne a mor, sa už stali minulosťou. Príprava na cestu tam mumps, čierny kašeľ. Nemali by sme však poľaviť, pretože stále čelíme veľkému množstvu rôznych výziev, na ktoré je potrebné odpovedať. A nájde sa, pretože všetko smeruje k tomuto.
