Vsak, ki študira molekularno biologijo, biokemijo, genski inženiring in številne druge sorodne vede, se prej ali slej zastavi vprašanje: kakšna je funkcija RNA polimeraze? To je precej zapletena tema, ki še ni v celoti raziskana, a kljub temu, kar je znano, bo obravnavano v okviru članka.
Splošne informacije
Zapomniti si je treba, da obstaja RNA polimeraza evkariontov in prokariotov. Prvi je nadalje razdeljen na tri vrste, od katerih je vsak odgovoren za transkripcijo ločene skupine genov. Ti encimi so zaradi preprostosti oštevilčeni kot prva, druga in tretja RNA polimeraze. Prokariot, katerega struktura je brez jedra, med transkripcijo deluje po poenostavljeni shemi. Zato bomo zaradi jasnosti, da bi zajeli čim več informacij, upoštevali evkarionte. RNA polimeraze so si strukturno podobne. Verjame se, da vsebujejo vsaj 10 polipeptidnih verig. Hkrati RNA polimeraza 1 sintetizira (transkribira) gene, ki bodo nato prevedeni v različne proteine. Drugi je prepisovanje genov, ki se nato prevedejo v beljakovine. RNA polimeraza 3 je predstavljena z različnimi nizko molekularno stabilnimi encimi, ki zmernoobčutljiv na alfa amatin. Nismo pa se odločili, kaj je RNA polimeraza! Tako se imenujejo encimi, ki sodelujejo pri sintezi molekul ribonukleinske kisline. V ožjem smislu se to nanaša na DNK odvisne RNA polimeraze, ki delujejo na podlagi šablone deoksiribonukleinske kisline. Encimi so velikega pomena za dolgotrajno in uspešno delovanje živih organizmov. RNA polimeraze najdemo v vseh celicah in večini virusov.
Delitev po značilnostih
Odvisno od sestave podenote so RNA polimeraze razdeljene v dve skupini:
- Prvi se ukvarja s prepisovanjem majhnega števila genov v preprostih genomih. Za delovanje v tem primeru niso potrebni zapleteni regulativni ukrepi. To torej vključuje vse encime, ki so sestavljeni samo iz ene podenote. Primer je RNA polimeraza bakteriofagov in mitohondrijev.
- Ta skupina vključuje vse RNA polimeraze evkariontov in bakterij, ki so kompleksne. So zapleteni proteinski kompleksi z več podenotami, ki lahko prepišejo na tisoče različnih genov. Med svojim delovanjem se ti geni odzivajo na veliko število regulativnih signalov, ki prihajajo iz beljakovinskih faktorjev in nukleotidov.
Takšna strukturno-funkcionalna delitev je zelo pogojna in močna poenostavitev dejanskega stanja.
Kaj naredim RNA polimeraza?
Dodeljena jim je funkcija tvorbe primarnihtranskripti genov rRNA, torej so najpomembnejši. Slednji so bolj poznani pod oznako 45S-RNA. Njihova dolžina je približno 13 tisoč nukleotidov. Iz nje nastanejo 28S-RNA, 18S-RNA in 5,8S-RNA. Ker se za njihovo ustvarjanje uporablja samo en transkriptor, telo prejme »garancijo«, da se bodo molekule oblikovale v enakih količinah. Hkrati se za neposredno ustvarjanje RNA uporablja le 7 tisoč nukleotidov. Preostali del transkripta se razgradi v jedru. Glede tako velikega ostanka obstaja mnenje, da je potreben za zgodnje faze tvorbe ribosomov. Število teh polimeraz v celicah višjih bitij niha okoli oznake 40 tisoč enot.
Kako je organizirano?
Torej, prvo RNA polimerazo (prokariontska struktura molekule) smo že dobro pretehtali. Hkrati imajo velike podenote, pa tudi veliko število drugih polipeptidov z visoko molekulsko maso, dobro opredeljene funkcionalne in strukturne domene. Med kloniranjem genov in določanjem njihove primarne strukture so znanstveniki identificirali evolucijsko konzervativne dele verig. Z dobrim izrazom so raziskovalci izvedli tudi mutacijsko analizo, ki nam omogoča, da govorimo o funkcionalnem pomenu posameznih domen. Da bi to naredili, smo z uporabo mestno usmerjene mutageneze spremenili posamezne aminokisline v polipeptidnih verigah in tako modificirane podenote uporabili pri sestavljanju encimov z naknadno analizo lastnosti, ki smo jih pridobili v teh konstruktih. Ugotovljeno je bilo, da je zaradi svoje organizacije prva RNA polimeraza naprisotnost alfa-amatina (zelo strupene snovi, pridobljene iz bledice) sploh ne reagira.
Operacija
Prva in druga RNA polimeraza lahko obstajata v dveh oblikah. Eden od njih lahko deluje tako, da sproži specifično transkripcijo. Druga je od DNK odvisna RNA polimeraza. Ta odnos se kaže v obsegu aktivnosti delovanja. Tematika je še v preiskavi, vendar je že znano, da je odvisna od dveh transkripcijskih faktorjev, ki sta označena kot SL1 in UBF. Posebnost slednjega je, da se lahko neposredno veže na promotor, medtem ko SL1 zahteva prisotnost UBF. Čeprav je bilo eksperimentalno ugotovljeno, da lahko DNK-odvisna RNA polimeraza sodeluje pri transkripciji na minimalni ravni in brez prisotnosti slednje. Toda za normalno delovanje tega mehanizma je UBF še vedno potreben. Zakaj točno? Razloga za takšno vedenje doslej še ni bilo mogoče ugotoviti. Ena izmed najbolj priljubljenih razlag kaže, da UBF deluje kot nekakšen stimulator transkripcije rDNA, ko raste in se razvija. Ko nastopi faza mirovanja, se ohrani minimalna zahtevana raven delovanja. In zanj sodelovanje transkripcijskih faktorjev ni kritično. Tako deluje RNA polimeraza. Funkcije tega encima nam omogočajo, da podpiramo proces reprodukcije majhnih "gradnikov" našega telesa, zahvaljujoč temu se desetletja nenehno posodablja.
Druga skupina encimov
Njihovo delovanje uravnavamo s sestavljanjem multiproteinskega prediniciacijskega kompleksa promotorjev drugega razreda. Najpogosteje se to izraža v delu s posebnimi beljakovinami - aktivatorji. Primer je TVR. To so povezani dejavniki, ki so del TFIID. So tarče za p53, NF kappa B in tako naprej. V procesu regulacije vplivajo tudi beljakovine, ki jih imenujemo koaktivatorji. Primer je GCN5. Zakaj so te beljakovine potrebne? Delujejo kot adapterji, ki prilagajajo interakcijo aktivatorjev in dejavnikov, ki so vključeni v prediniciacijski kompleks. Da bi transkripcija potekala pravilno, je potrebna prisotnost potrebnih začetnih dejavnikov. Kljub dejstvu, da jih je šest, lahko le eden neposredno komunicira s promotorjem. V drugih primerih je potreben vnaprej oblikovan drugi kompleks RNA polimeraze. Poleg tega so med temi procesi v bližini proksimalni elementi - le 50-200 parov od mesta, kjer se je začela transkripcija. Vsebujejo indikacijo vezave aktivatorskih beljakovin.
Posebne funkcije
Ali struktura podenot encimov različnega izvora vpliva na njihovo funkcionalno vlogo pri transkripciji? Na to vprašanje ni natančnega odgovora, vendar se domneva, da je najverjetneje pozitiven. Kako je od tega odvisna RNA polimeraza? Funkcije encimov preproste strukture so prepisovanje omejenega nabora genov (ali celo njihovih majhnih delov). Primer je sinteza RNA primerjev Okazakijevih fragmentov. Specifičnost promotorja RNA polimeraze bakterij in fagov je, da imajo encimi preprosto strukturo in se ne razlikujejo po raznolikosti. To je mogoče opaziti v procesu replikacije DNK v bakterijah. Čeprav je mogoče upoštevati tudi to: ko so preučevali kompleksno strukturo genoma enakomernega T-faga, pri razvoju katerega so opazili večkratno preklapljanje transkripcij med različnimi skupinami genov, se je pokazalo, da je bila uporabljena kompleksna gostiteljska RNA polimeraza. za to. To pomeni, da se preprost encim v takih primerih ne inducira. Iz tega sledijo številne posledice:
- Evkariotska in bakterijska RNA polimeraza bi morala biti sposobna prepoznati različne promotorje.
- Potrebno je, da imajo encimi določen odziv na različne regulativne beljakovine.
- RNA polimeraza bi morala biti sposobna tudi spremeniti specifičnost prepoznavanja nukleotidnega zaporedja vzorčne DNK. Za to se uporabljajo različni proteinski efektorji.
Od tu sledi potreba telesa po dodatnih "gradbenih" elementih. Proteini transkripcijskega kompleksa pomagajo RNA polimerazi, da v celoti opravlja svoje funkcije. To v največji meri velja za encime kompleksne strukture, v katerih možnostih je izvajanje obsežnega programa za implementacijo genetskih informacij. Zahvaljujoč različnim nalogam lahko opazimo nekakšno hierarhijo v strukturi RNA polimeraz.
Kako poteka postopek prepisa?
Ali obstaja gen, ki je odgovoren za komunikacijo zRNA polimeraza? Najprej o transkripciji: pri evkariontih se proces dogaja v jedru. Pri prokariotih poteka znotraj samega mikroorganizma. Interakcija polimeraze temelji na temeljnem strukturnem principu komplementarnega parjenja posameznih molekul. Glede vprašanj interakcij lahko rečemo, da DNK deluje izključno kot predloga in se med transkripcijo ne spreminja. Ker je DNK sestavni encim, je mogoče zagotovo reči, da je za ta polimer odgovoren določen gen, vendar bo zelo dolgo. Ne gre pozabiti, da DNK vsebuje 3,1 milijarde nukleotidnih ostankov. Zato bi bilo bolj primerno reči, da je vsaka vrsta RNA odgovorna za svojo DNK. Za nadaljevanje reakcije polimeraze so potrebni viri energije in substrati ribonukleozid trifosfata. V njihovi prisotnosti se med ribonukleozid monofosfati tvorijo 3', 5'-fosfodiesterske vezi. Molekula RNA se začne sintetizirati v določenih zaporedjih DNK (promotorji). Ta postopek se konča na zaključnih odsekih (zaključek). Spletno mesto, ki je tukaj vključeno, se imenuje transkripcija. Pri evkariontih je tukaj praviloma samo en gen, medtem ko imajo prokarioti lahko več delov kode. Vsak prepis ima neinformativno cono. Vsebujejo specifična nukleotidna zaporedja, ki so v interakciji z regulatornimi transkripcijskimi faktorji, omenjenimi prej.
bakterijske RNA polimeraze
Temikroorganizmov en encim je odgovoren za sintezo mRNA, rRNA in tRNA. Povprečna molekula polimeraze ima približno 5 podenot. Dva od njih delujeta kot vezavna elementa encima. Druga podenota je vključena v začetek sinteze. Obstaja tudi encimska komponenta za nespecifično vezavo na DNK. In zadnja podenota je vključena v pretvorbo RNA polimeraze v delovno obliko. Treba je opozoriti, da molekule encimov ne "prosto" plavajo v bakterijski citoplazmi. Ko niso v uporabi, se RNA polimeraze vežejo na nespecifična področja DNK in počakajo, da se odpre aktivni promotor. Če se nekoliko oddaljimo od teme, je treba povedati, da je zelo priročno preučevati beljakovine in njihov učinek na polimeraze ribonukleinske kisline na bakterije. Posebej priročno je eksperimentirati na njih, da spodbudimo ali zatremo posamezne elemente. Zaradi visoke stopnje množenja je želeni rezultat mogoče doseči razmeroma hitro. Žal, človeške raziskave ne morejo potekati tako hitro zaradi naše strukturne raznolikosti.
Kako se je RNA polimeraza "ukoreninila" v različnih oblikah?
Ta članek se bliža svojemu logičnemu zaključku. Poudarek je bil na evkariontih. Obstajajo pa tudi arheje in virusi. Zato bi rad namenil malo pozornosti tem oblikam življenja. V življenju arhej obstaja samo ena skupina RNA polimeraz. Je pa po svojih lastnostih izjemno podoben trem združenjem evkariontov. Mnogi znanstveniki so predlagali, da je tisto, kar lahko opazimo pri arhejah, dejanskoevolucijski prednik specializiranih polimeraz. Zanimiva je tudi struktura virusov. Kot smo že omenili, vsi takšni mikroorganizmi nimajo lastne polimeraze. In kjer je, je ena sama podenota. Domneva se, da virusni encimi izvirajo iz DNK polimeraz in ne iz kompleksnih RNA konstruktov. Čeprav zaradi raznolikosti te skupine mikroorganizmov obstajajo različne izvedbe obravnavanega biološkega mehanizma.
Sklep
Žal, trenutno človeštvo še nima vseh potrebnih informacij, potrebnih za razumevanje genoma. In kaj bi se dalo narediti! Skoraj vse bolezni imajo v osnovi genetsko osnovo – to velja predvsem za viruse, ki nam nenehno povzročajo težave, za okužbe itd. Najbolj zapletene in neozdravljive bolezni so tudi v resnici neposredno ali posredno odvisne od človeškega genoma. Ko se naučimo razumeti sebe in to znanje uporabiti sebi v prid, bo veliko težav in bolezni preprosto prenehalo obstajati. Številne prej grozljive bolezni, kot so črne koze in kuga, so že postale preteklost. Priprave na mumps, oslovski kašelj. A ne smemo se sprostiti, saj se še vedno soočamo z velikim številom različnih izzivov, na katere je treba odgovoriti. In našel se bo, kajti vse gre proti temu.
