Mindenki, aki molekuláris biológiát, biokémiát, géntechnológiát és számos más kapcsolódó tudományt tanul, előbb-utóbb felteszi a kérdést: mi a feladata az RNS-polimeráznak? Ez egy meglehetősen összetett téma, amely még mindig nincs teljesen feltárva, de ennek ellenére az ismertekre a cikk keretein belül kerül sor.
Általános információ
Ne feledje, hogy létezik eukarióták és prokarióták RNS-polimeráza. Az első további három típusra oszlik, amelyek mindegyike a gének külön csoportjának átírásáért felelős. Ezek az enzimek az egyszerűség kedvéért első, második és harmadik RNS polimerázként vannak számozva. A prokarióta, amelynek szerkezete magmentes, a transzkripció során egy egyszerűsített séma szerint működik. Ezért az egyértelműség kedvéért, annak érdekében, hogy a lehető legtöbb információt lefedjük, az eukariótákat is figyelembe kell venni. Az RNS polimerázok szerkezetileg hasonlóak egymáshoz. Úgy gondolják, hogy legalább 10 polipeptidláncot tartalmaznak. Ugyanakkor az RNS-polimeráz 1 szintetizál (átír) géneket, amelyek később különböző fehérjékké alakulnak át. A második a gének átírása, amelyek ezt követően fehérjékké alakulnak át. Az RNS-polimeráz 3-at számos alacsony molekulatömegű stabil enzim képviseli, amelyek mérsékeltenérzékeny az alfa-amatinra. De még nem döntöttük el, mi az RNS polimeráz! Ez azoknak az enzimeknek a neve, amelyek részt vesznek a ribonukleinsavmolekulák szintézisében. Szűk értelemben ez a DNS-függő RNS polimerázokra vonatkozik, amelyek egy dezoxiribonukleinsav templát alapján hatnak. Az enzimek nagy jelentőséggel bírnak az élő szervezetek hosszú távú és sikeres működésében. Az RNS-polimerázok minden sejtben és a legtöbb vírusban megtalálhatók.
Felosztás jellemzők szerint
Az alegység-összetételtől függően az RNS-polimerázok két csoportra oszthatók:
- Az első kis számú gén átírásával foglalkozik egyszerű genomokban. Ebben az esetben a működéshez nincs szükség összetett szabályozási intézkedésekre. Ezért ez magában foglalja az összes olyan enzimet, amely csak egy alegységből áll. Példa erre a bakteriofágok és mitokondriumok RNS-polimeráza.
- Ebbe a csoportba tartozik az eukarióták és baktériumok összes RNS-polimeráza, amelyek összetettek. Ezek bonyolult, több alegységből álló fehérjekomplexek, amelyek több ezer különböző gént képesek átírni. Működésük során ezek a gének számos szabályozó jelre reagálnak, amelyek fehérjefaktorokból és nukleotidokból származnak.
Egy ilyen szerkezeti-funkcionális felosztás a dolgok valós állapotának nagyon feltételes és erőteljes leegyszerűsítése.
Mit csinál az RNS polimeráz?
Elsődleges formálás funkcióval rendelkeznekrRNS géntranszkriptumok, vagyis ezek a legfontosabbak. Ez utóbbiak jobban ismertek 45S-RNS elnevezéssel. Hosszúságuk megközelítőleg 13 ezer nukleotid. 28S-RNS, 18S-RNS és 5,8S-RNS képződik belőle. Tekintettel arra, hogy csak egy transzkriptort használnak a létrehozásukhoz, a szervezet „garanciát” kap arra, hogy a molekulák egyenlő mennyiségben képződnek. Ugyanakkor mindössze 7 ezer nukleotidot használnak fel az RNS közvetlen létrehozására. A transzkriptum többi része a sejtmagban lebomlik. Egy ilyen nagy maradékot illetően az a vélemény, hogy ez szükséges a riboszómaképződés korai szakaszában. Ezeknek a polimerázoknak a száma a magasabb rendű lények sejtjeiben 40 ezer egység körül ingadozik.
Hogyan van megszervezve?
Tehát, már alaposan átgondoltuk az első RNS-polimerázt (a molekula prokarióta szerkezete). Ugyanakkor a nagy alegységeknek, valamint számos más nagy molekulatömegű polipeptidnek jól meghatározott funkcionális és szerkezeti doménjei vannak. A gének klónozása és elsődleges szerkezetük meghatározása során a tudósok azonosították a láncok evolúciósan konzervatív szakaszait. A jó expressziót alkalmazva a kutatók mutációs elemzést is végeztek, ami lehetővé teszi, hogy beszéljünk az egyes domének funkcionális jelentőségéről. Ennek érdekében helyspecifikus mutagenezissel az egyes aminosavakat megváltoztatták a polipeptidláncokban, és az ilyen módosított alegységeket az enzimek összeállításánál használták fel, majd az ezekben a konstrukciókban kapott tulajdonságokat elemezték. Megállapították, hogy szervezetének köszönhetően az első RNS polimeráz beaz alfa-amatin jelenléte (a vöcsökből származó erősen mérgező anyag) egyáltalán nem reagál.
Művelet
Mind az első, mind a második RNS polimeráz két formában létezhet. Egyikük specifikus transzkripciót indíthat el. A második a DNS-függő RNS-polimeráz. Ez a kapcsolat a működési aktivitás nagyságában nyilvánul meg. A téma vizsgálata még folyamatban van, de az már ismert, hogy két transzkripciós faktortól függ, amelyeket SL1-nek és UBF-nek neveznek. Ez utóbbi sajátossága, hogy közvetlenül tud kötődni a promoterhez, míg az SL1-hez UBF jelenléte szükséges. Bár kísérletileg kiderült, hogy a DNS-függő RNS polimeráz minimális szinten és az utóbbi jelenléte nélkül is részt tud venni a transzkripcióban. Ennek a mechanizmusnak a normális működéséhez azonban továbbra is szükség van UBF-re. Miért pontosan? Egyelőre nem sikerült megállapítani ennek a viselkedésnek az okát. Az egyik legnépszerűbb magyarázat arra utal, hogy az UBF egyfajta rDNS-transzkripció-stimulátorként működik, miközben nő és fejlődik. Amikor a nyugalmi fázis bekövetkezik, a minimálisan szükséges működési szint megmarad. És számára a transzkripciós faktorok részvétele nem kritikus. Az RNS polimeráz így működik. Ennek az enzimnek a funkciói lehetővé teszik, hogy támogassuk szervezetünk kis "építőkövei" újratermelődésének folyamatát, aminek köszönhetően évtizedek óta folyamatosan frissül.
Az enzimek második csoportja
Működésüket a második osztályú promoterekből álló multiprotein pre-iniciációs komplex összeállítása szabályozza. Leggyakrabban ez speciális fehérjékkel - aktivátorokkal végzett munkában fejeződik ki. Ilyen például a TVR. Ezek a kapcsolódó tényezők, amelyek a TFIID részét képezik. Ezek a p53, az NF kappa B és így tovább. A koaktivátoroknak nevezett fehérjék szintén kifejtik hatásukat a szabályozási folyamatban. Példa erre a GCN5. Miért van szükség ezekre a fehérjékre? Adapterként működnek, amelyek beállítják az aktivátorok és a preiniciációs komplexumban lévő tényezők kölcsönhatását. A transzkripció helyes végbemeneteléhez szükséges a szükséges indító faktorok jelenléte. Annak ellenére, hogy hat van belőlük, csak egy tud közvetlenül kapcsolatba lépni a promóterrel. Más esetekben egy előre elkészített második RNS-polimeráz komplexre van szükség. Sőt, ezen folyamatok során a proximális elemek a közelben vannak - mindössze 50-200 párra attól a helytől, ahol a transzkripció elkezdődött. Jelzést tartalmaznak az aktivátor fehérjék kötődésére vonatkozóan.
Különleges szolgáltatások
Befolyásolja-e a különböző eredetű enzimek alegység-szerkezete a transzkripcióban betöltött funkcionális szerepüket? Erre a kérdésre nincs pontos válasz, de úgy gondolják, hogy valószínűleg pozitív. Hogyan függ ettől az RNS polimeráz? Az egyszerű szerkezetű enzimek funkciója a gének korlátozott körének (vagy akár kis részeinek) átírása. Példa erre az Okazaki-fragmensek RNS primereinek szintézise. A baktériumok és fágok RNS-polimerázának promoterspecifitása az, hogy az enzimek egyszerű szerkezetűek és nem különböznek egymástól. Ez látható a baktériumok DNS-replikációjának folyamatában. Bár ezt is megfontolhatjuk: amikor egy egyenletes T-fág genomjának összetett szerkezetét vizsgálták, amelynek kifejlesztése során többszörös transzkripciós váltást figyeltek meg a különböző géncsoportok között, kiderült, hogy egy komplex gazda RNS polimerázt alkalmaztak. ezért. Vagyis ilyen esetekben egy egyszerű enzim nem indukálódik. Ebből számos következmény következik:
- Az eukarióta és bakteriális RNS-polimeráznak képesnek kell lennie a különböző promóterek felismerésére.
- Szükséges, hogy az enzimek bizonyos választ adjanak a különböző szabályozó fehérjékre.
- RNS-polimeráznak képesnek kell lennie arra is, hogy megváltoztassa a templát DNS nukleotidszekvenciája felismerésének specifitását. Ehhez különféle fehérje effektorokat használnak.
Innentől következik a szervezet további „építőelemek” iránti igénye. A transzkripciós komplex fehérjéi segítik az RNS-polimerázt funkcióinak teljes körű ellátásában. Ez leginkább az összetett szerkezetű enzimekre vonatkozik, amelyek lehetőségeiben kiterjedt genetikai információ megvalósítási program megvalósítása. A különféle feladatoknak köszönhetően az RNS polimerázok szerkezetében egyfajta hierarchiát figyelhetünk meg.
Hogyan működik az átírási folyamat?
Van egy gén, amely felelős a kommunikációért?RNS polimeráz? Először is a transzkripcióról: eukariótákban a folyamat a sejtmagban megy végbe. A prokariótákban magában a mikroorganizmusban játszódik le. A polimeráz kölcsönhatás az egyes molekulák komplementer párosításának alapvető szerkezeti elvén alapul. Az interakciós kérdéseket illetően elmondhatjuk, hogy a DNS kizárólag templátként működik, és nem változik a transzkripció során. Mivel a DNS egy integrált enzim, biztosan kijelenthető, hogy egy adott gén felelős ezért a polimerért, de ez nagyon hosszú lesz. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a DNS 3,1 milliárd nukleotid-maradékot tartalmaz. Ezért helyénvalóbb lenne azt mondani, hogy minden RNS-típus felelős a saját DNS-éért. A polimeráz reakció lezajlásához energiaforrásokra és ribonukleozid-trifoszfát szubsztrátokra van szükség. Jelenlétükben a ribonukleozid-monofoszfátok között 3', 5'-foszfodiészter kötések jönnek létre. Az RNS-molekula bizonyos DNS-szekvenciákban (promoterekben) elkezd szintetizálódni. Ez a folyamat a lezáró szakaszoknál ér véget (lezárás). Az itt érintett old alt transzkripciónak hívják. Az eukariótákban általában csak egy gén található itt, míg a prokariótáknál több kódszakasz is lehet. Minden transzkripciónak van egy nem informatív zónája. Specifikus nukleotidszekvenciákat tartalmaznak, amelyek kölcsönhatásba lépnek a korábban említett szabályozó transzkripciós faktorokkal.
Bakteriális RNS polimerázok
EzekA mikroorganizmusok egyik enzime felelős az mRNS, rRNS és tRNS szintéziséért. Az átlagos polimerázmolekula körülbelül 5 alegységből áll. Ezek közül kettő az enzim kötőelemeként működik. Egy másik alegység is részt vesz a szintézis beindításában. Van egy enzimkomponens is a DNS-hez való nem specifikus kötődéshez. Az utolsó alegység pedig az RNS-polimeráz működőképes formába hozásában vesz részt. Meg kell jegyezni, hogy az enzimmolekulák nem "szabadon" lebegnek a bakteriális citoplazmában. Használaton kívül az RNS-polimerázok a DNS nem specifikus régióihoz kötődnek, és megvárják, amíg egy aktív promoter megnyílik. Kissé elkanyarodva a témától, azt kell mondani, hogy nagyon kényelmes a fehérjék és a ribonukleinsav polimerázokra gyakorolt hatásának tanulmányozása baktériumokon. Különösen kényelmes kísérletezni velük az egyes elemek stimulálására vagy elnyomására. Nagy szaporodási sebességük miatt viszonylag gyorsan elérhető a kívánt eredmény. Sajnos, az emberi kutatás nem haladhat ilyen gyors ütemben szerkezeti sokféleségünk miatt.
Hogyan „vert gyökeret” az RNS polimeráz különböző formákban?
Ez a cikk logikus következtetéséhez közeledik. A hangsúly az eukariótákon volt. De vannak archaeák és vírusok is. Ezért szeretnék egy kicsit odafigyelni ezekre az életformákra. Az archaea életében az RNS-polimerázoknak csak egy csoportja létezik. De tulajdonságait tekintve rendkívül hasonló az eukarióták három társulásához. Sok tudós felvetette, hogy amit az archaeában megfigyelhetünk, az valójában azspeciális polimerázok evolúciós őse. Érdekes a vírusok szerkezete is. Mint korábban említettük, nem minden ilyen mikroorganizmus rendelkezik saját polimerázzal. És ahol van, az egyetlen alegység. Úgy gondolják, hogy a vírusenzimek DNS-polimerázokból származnak, nem pedig összetett RNS-konstrukciókból. Bár a mikroorganizmusok e csoportjának sokfélesége miatt a vizsgált biológiai mechanizmusnak különböző megvalósításai vannak.
Következtetés
Jaj, az emberiség jelenleg még nem rendelkezik minden szükséges információval a genom megértéséhez. És mit lehetne tenni! Szinte minden betegségnek alapvetően genetikai alapja van – ez elsősorban a nekünk állandóan problémát okozó vírusokra, fertőzésekre stb. A legösszetettebb és leggyógyíthatatlanabb betegségek is valójában közvetlenül vagy közvetve az emberi genomtól függenek. Ha megtanuljuk megérteni önmagunkat, és ezt a tudást a magunk javára fordítjuk, akkor számos probléma és betegség egyszerűen megszűnik létezni. Sok korábban szörnyű betegség, mint például a himlő és a pestis, már a múlté. Odafelé készülődés mumpsz, szamárköhögés. De nem szabad megnyugodnunk, mert még mindig számos különféle kihívással kell szembenéznünk, amelyekre választ kell adni. És megtalálják, mert minden e felé tart.
