Svako ko proučava molekularnu biologiju, biohemiju, genetski inženjering i niz drugih srodnih nauka prije ili kasnije postavlja se pitanje: koja je funkcija RNA polimeraze? Ovo je prilično složena tema, koja još uvijek nije do kraja istražena, ali će, ipak, ono što je poznato biti 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 posebne grupe gena. Ovi enzimi su numerisani radi jednostavnosti kao prva, druga i treća RNA polimeraza. Prokariot, čija struktura je bez nuklearne energije, tokom 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. Istovremeno, RNA polimeraza 1 sintetizira (transkribira) gene koji će se naknadno prevesti u različite proteine. Drugi je transkripcija gena, koji se potom prevode u proteine. RNA polimeraza 3 je predstavljena nizom stabilnih enzima niske molekularne težine koji umjerenoosjetljiv na alfa amatin. Ali nismo odlučili šta je RNK polimeraza! Ovo je naziv enzima koji sudjeluju u sintezi molekula ribonukleinske kiseline. U užem smislu, ovo se odnosi na DNK zavisne RNA polimeraze koje deluju na osnovu šablona deoksiribonukleinske kiseline. Enzimi su od velike važnosti za dugotrajno i uspješno funkcioniranje živih organizama. RNA polimeraze se nalaze u svim ćelijama i većini virusa.
Podjela po karakteristikama
U zavisnosti od sastava podjedinice, RNA polimeraze se dijele u dvije grupe:
- Prva se bavi transkripcijom malog broja gena u jednostavnim genomima. Za funkcioniranje u ovom slučaju nisu potrebne složene regulatorne radnje. Dakle, ovo 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 sa više podjedinica koji mogu transkribovati hiljade različitih gena. Tokom svog funkcionisanja, ovi geni reaguju na veliki broj regulatornih signala koji dolaze od proteinskih faktora i nukleotida.
Ovakva strukturno-funkcionalna podjela je vrlo uslovno i snažno pojednostavljenje stvarnog stanja stvari.
Šta radim RNA polimerazu?
Njima je dodijeljena funkcija formiranja primarnogtranskripti gena rRNA, odnosno oni su najvažniji. Potonji su poznatiji pod oznakom 45S-RNA. Njihova dužina je oko 13 hiljada nukleotida. Od njega se formiraju 28S-RNA, 18S-RNA i 5,8S-RNA. Zbog činjenice da se za njihovo stvaranje koristi samo jedan transkriptor, tijelo dobija „garanciju“da će se molekuli formirati u jednakim količinama. Istovremeno, samo 7 hiljada nukleotida koristi se za direktno stvaranje RNK. Ostatak transkripta se razgrađuje u jezgru. Što se tiče ovako velikog ostatka, postoji mišljenje da je neophodan za rane faze formiranja ribosoma. Broj ovih polimeraza u ćelijama viših bića fluktuira oko oznake od 40 hiljada jedinica.
Kako je to organizirano?
Dakle, već smo dobro razmotrili prvu RNA polimerazu (prokariotsku strukturu molekula). Istovremeno, velike podjedinice, kao i veliki broj drugih polipeptida visoke molekularne težine, imaju dobro definirane funkcionalne i strukturne domene. Tokom kloniranja gena i utvrđivanja njihove primarne strukture, naučnici su identifikovali evolucijski konzervativne dijelove lanaca. Koristeći dobru ekspresiju, istraživači su izvršili i mutacionu analizu, koja nam omogućava da govorimo o funkcionalnom značaju pojedinih domena. Da bi se to postiglo, korišćenjem mutageneze usmerene na mesto, pojedinačne aminokiseline su promenjene u polipeptidnim lancima, a takve modifikovane podjedinice su korišćene u sklapanju enzima uz naknadnu analizu osobina koje su dobijene u ovim konstruktima. Zabilježeno je da je zbog svoje organizacije prva RNA polimeraza naprisustvo alfa-amatina (veoma toksične supstance dobijene iz bledog gnjurac) uopšte ne reaguje.
Operacija
I prva i druga RNA polimeraza mogu postojati u dva oblika. Jedan od njih može djelovati da pokrene specifičnu transkripciju. Druga je DNK zavisna RNK polimeraza. Ovaj odnos se manifestuje u veličini aktivnosti funkcionisanja. Tema se još istražuje, ali je već poznato da zavisi od dva faktora transkripcije, koji su označeni kao SL1 i UBF. Posebnost potonjeg je da se može direktno vezati za promotor, dok SL1 zahtijeva prisustvo UBF-a. Iako je eksperimentalno utvrđeno da DNK zavisna RNA polimeraza može sudjelovati u transkripciji na minimalnom nivou i bez prisustva potonje. Ali za normalno funkcioniranje ovog mehanizma, UBF je još uvijek potreban. Zašto tačno? Do sada nije bilo moguće utvrditi razlog ovakvog ponašanja. Jedno od najpopularnijih objašnjenja sugerira da UBF djeluje kao vrsta stimulatora transkripcije rDNK dok raste i razvija se. Kada nastupi faza mirovanja, održava se minimalni potrebni nivo funkcionisanja. A za njega učešće transkripcionih faktora nije kritično. Ovako radi RNA polimeraza. Funkcije ovog enzima nam omogućavaju da podržimo proces reprodukcije malih "građevinskih blokova" našeg tijela, zahvaljujući čemu se ono decenijama neprestano ažurira.
Druga grupa enzima
Njihovo funkcionisanje je regulisano sklapanjem multiproteinskog preinicijacionog kompleksa promotora druge klase. Najčešće se to izražava u radu sa posebnim proteinima - aktivatorima. Primjer je TVR. Ovo su povezani faktori koji su dio TFIID-a. Oni su mete za p53, NF kapa B i tako dalje. Proteini, koji se nazivaju koaktivatori, takođe vrše svoj uticaj u procesu regulacije. Primjer je GCN5. Zašto su ti proteini potrebni? Oni djeluju kao adapteri koji prilagođavaju interakciju aktivatora i faktora koji su uključeni u kompleks prije inicijacije. Da bi se transkripcija odvijala ispravno, neophodno je prisustvo neophodnih inicirajućih faktora. Uprkos činjenici da ih ima šest, samo jedan može direktno komunicirati sa promoterom. Za druge slučajeve, potreban je prethodno formiran drugi kompleks RNK polimeraze. Štaviše, tokom ovih procesa, proksimalni elementi su u blizini - samo 50-200 parova od mjesta gdje je transkripcija započela. Sadrže indikaciju vezivanja proteina aktivatora.
Posebne karakteristike
Da li struktura podjedinica enzima različitog porijekla utiče na njihovu funkcionalnu ulogu u transkripciji? Ne postoji tačan odgovor na ovo pitanje, ali se vjeruje da je najvjerovatnije pozitivan. Kako RNK polimeraza ovisi o tome? Funkcije enzima jednostavne strukture su transkripcija ograničenog spektra 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 po 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, tokom čijeg razvoja je zabilježeno višestruko prebacivanje transkripcije između različitih grupa gena, otkriveno je da je korištena kompleksna RNA polimeraza domaćina. za ovo. To jest, u takvim slučajevima se ne indukuje jednostavan enzim. Iz ovoga slijedi niz posljedica:
- Eukariotska i bakterijska RNA polimeraza bi trebalo da budu u stanju da prepoznaju različite promotere.
- Neophodno je da enzimi imaju određeni odgovor na različite regulatorne proteine.
- RNA polimeraza bi takođe trebalo da bude u stanju da promeni specifičnost prepoznavanja nukleotidne sekvence šablonske DNK. Za to se koriste razni proteinski efektori.
Odavde slijedi potreba tijela za dodatnim "građevinskim" elementima. Proteini transkripcionog kompleksa pomažu RNA polimerazi da u potpunosti obavlja svoje funkcije. To se u najvećoj mjeri odnosi na enzime složene strukture, u čijim mogućnostima je implementacija 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 saRNA polimeraza? Prvo, o transkripciji: kod eukariota se proces odvija u jezgru. Kod prokariota se odvija unutar samog mikroorganizma. Interakcija polimeraze zasniva se na fundamentalnom strukturnom principu komplementarnog uparivanja pojedinačnih molekula. Što se tiče interakcije, možemo reći da DNK djeluje isključivo kao šablon i da se ne mijenja tokom transkripcije. Budući da je DNK integralni enzim, može se 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 svoj DNK. Da bi se reakcija polimeraze nastavila, potrebni su izvori energije i ribonukleozid trifosfatni supstrati. U njihovom prisustvu formiraju se 3', 5'-fosfodiesterske veze između ribonukleozid monofosfata. Molekul RNK počinje se sintetizirati u određenim sekvencama DNK (promotorima). Ovaj proces završava na završnim sekcijama (terminacija). Lokacija koja je ovdje uključena zove se transkripcija. Kod eukariota, u pravilu, ovdje postoji samo jedan gen, dok prokarioti mogu imati nekoliko dijelova koda. Svaki transkript ima neinformativnu zonu. Oni sadrže specifične nukleotidne sekvence koje su u interakciji sa regulatornim transkripcijskim faktorima spomenutim ranije.
Bakterijske RNA polimeraze
Ovimikroorganizama je jedan enzim odgovoran za sintezu mRNA, rRNA i tRNA. Prosječna molekula polimeraze ima otprilike 5 podjedinica. Dva od njih djeluju kao vezivni elementi enzima. Druga podjedinica je uključena u inicijaciju sinteze. Postoji i enzimska komponenta za nespecifično vezivanje za DNK. I posljednja podjedinica je uključena u dovođenje RNA polimeraze u radni oblik. Treba napomenuti da molekuli enzima ne lebde "slobodno" u bakterijskoj citoplazmi. Kada se ne koriste, RNA polimeraze se vežu za nespecifične regije DNK 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 zgodno eksperimentirati na njima kako bi se stimulirali ili potisnuli pojedinačni elementi. Zbog njihove visoke stope umnožavanja, željeni rezultat se može postići relativno brzo. Nažalost, ljudska istraživanja ne mogu se odvijati 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 da obratim malo pažnje na ove oblike života. U životu arheja postoji samo jedna grupa RNA polimeraza. Ali po svojim svojstvima je izuzetno sličan trima asocijacijama eukariota. Mnogi naučnici sugerišu da je ono što možemo uočiti kod arheja zapravoevolucijski predak specijalizovanih polimeraza. Zanimljiva je i struktura virusa. Kao što je ranije spomenuto, nemaju svi takvi mikroorganizmi svoju polimerazu. A tamo gdje je, to je jedna podjedinica. Smatra se da su virusni enzimi izvedeni iz DNK polimeraza, a ne iz složenih RNK konstrukata. Iako, zbog raznolikosti ove grupe mikroorganizama, postoje različite implementacije razmatranog biološkog mehanizma.
Zaključak
Jao, trenutno čovječanstvo još uvijek nema sve potrebne informacije potrebne za razumijevanje genoma. A šta bi se moglo uraditi! Gotovo sve bolesti u osnovi imaju genetsku osnovu – to se prvenstveno odnosi na viruse koji nam konstantno prave probleme, na infekcije itd. Najsloženije i najneizlječivije bolesti također su, u stvari, direktno ili indirektno zavisne od ljudskog genoma. Kada naučimo razumjeti sebe i primijeniti to znanje u svoju korist, veliki broj problema i bolesti jednostavno će prestati da postoji. Mnoge ranije strašne bolesti, poput malih boginja i kuge, već su postale stvar prošlosti. Pripremam se za zauške, veliki kašalj. Ali 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 ka ovome.
