Toți cei care studiază biologia moleculară, biochimia, inginerie genetică și o serie de alte științe conexe își pun, mai devreme sau mai târziu, întrebarea: care este funcția ARN polimerazei? Acesta este un subiect destul de complex, care încă nu este pe deplin explorat, dar, cu toate acestea, ceea ce se știe va fi tratat în cadrul articolului.
Informații generale
Este necesar să ne amintim că există o ARN polimerază de eucariote și procariote. Primul este în continuare împărțit în trei tipuri, fiecare dintre acestea fiind responsabil pentru transcrierea unui grup separat de gene. Aceste enzime sunt numerotate pentru simplitate ca prima, a doua și a treia ARN polimerază. Procariota, a cărei structură nu este nucleară, în timpul transcripției acționează după o schemă simplificată. Prin urmare, pentru claritate, pentru a acoperi cât mai multe informații posibil, eucariotele vor fi luate în considerare. ARN polimerazele sunt similare structural între ele. Se crede că acestea conțin cel puțin 10 lanțuri polipeptidice. În același timp, ARN polimeraza 1 sintetizează (transcrie) gene care ulterior vor fi traduse în diferite proteine. Al doilea este transcrierea genelor, care sunt ulterior traduse în proteine. ARN polimeraza 3 este reprezentată de o varietate de enzime stabile cu greutate moleculară mică care moderatsensibil la alfa amatină. Dar nu ne-am hotărât ce este ARN polimeraza! Acesta este numele enzimelor care sunt implicate în sinteza moleculelor de acid ribonucleic. Într-un sens restrâns, aceasta se referă la ARN polimeraze dependente de ADN care acționează pe baza unui șablon de acid dezoxiribonucleic. Enzimele sunt de mare importanță pentru funcționarea cu succes și pe termen lung a organismelor vii. ARN polimerazele se găsesc în toate celulele și în majoritatea virusurilor.
Diviziunea după caracteristici
În funcție de compoziția subunității, ARN polimerazele sunt împărțite în două grupuri:
- Prima se ocupă de transcrierea unui număr mic de gene în genomi simpli. Pentru funcționarea în acest caz, nu sunt necesare acțiuni de reglementare complexe. Prin urmare, aceasta include toate enzimele care constau dintr-o singură subunitate. Un exemplu este ARN polimeraza bacteriofagelor și mitocondriilor.
- Acest grup include toate ARN polimerazele eucariotelor și bacteriilor, care sunt complexe. Sunt complexe complexe de proteine cu mai multe subunități care pot transcrie mii de gene diferite. În timpul funcționării lor, aceste gene răspund la un număr mare de semnale de reglare care provin de la factori proteici și nucleotide.
O astfel de diviziune structural-funcțională este o simplificare foarte condiționată și puternică a stării reale a lucrurilor.
Ce face ARN polimeraza I?
Li se atribuie funcția de a forma primarTranscrierile genei ARNr, adică sunt cele mai importante. Acestea din urmă sunt mai cunoscute sub denumirea de 45S-ARN. Lungimea lor este de aproximativ 13 mii de nucleotide. Din acesta se formează 28S-ARN, 18S-ARN și 5,8S-ARN. Datorită faptului că pentru a le crea este folosit un singur transcriptor, organismul primește o „garanție” că moleculele se vor forma în cantități egale. În același timp, doar 7 mii de nucleotide sunt folosite pentru a crea ARN direct. Restul transcrierii este degradat în nucleu. În ceea ce privește un astfel de reziduu mare, există o opinie că este necesar pentru stadiile incipiente ale formării ribozomilor. Numărul acestor polimeraze din celulele ființelor superioare fluctuează în jurul valorii de 40 de mii de unități.
Cum este organizat?
Deci, am luat deja în considerare prima ARN polimerază (structura procariotă a moleculei). În același timp, subunitățile mari, precum și un număr mare de alte polipeptide cu greutate moleculară mare, au domenii funcționale și structurale bine definite. În timpul clonării genelor și al determinării structurii lor primare, oamenii de știință au identificat secțiuni conservatoare din punct de vedere evolutiv ale lanțurilor. Folosind o expresie bună, cercetătorii au efectuat și analize mutaționale, ceea ce ne permite să vorbim despre semnificația funcțională a domeniilor individuale. Pentru a face acest lucru, folosind mutageneza direcționată, aminoacizii individuali au fost modificați în lanțurile polipeptidice și astfel de subunități modificate au fost utilizate în asamblarea enzimelor cu analiza ulterioară a proprietăților care au fost obținute în aceste construcții. Sa remarcat că, datorită organizării sale, prima ARN polimerază peprezența alfa-amatinei (o substanță foarte toxică derivată din grebe palid) nu reacționează deloc.
Operațiune
Atât prima, cât și a doua ARN polimerază pot exista în două forme. Unul dintre ei poate acționa pentru a iniția transcripția specifică. Al doilea este ARN polimeraza dependentă de ADN. Această relație se manifestă în amploarea activității de funcționare. Subiectul este încă în investigație, dar se știe deja că depinde de doi factori de transcripție, care sunt denumiți ca SL1 și UBF. Particularitatea acestuia din urmă este că se poate lega direct de promotor, în timp ce SL1 necesită prezența UBF. Deși s-a descoperit experimental că ARN polimeraza dependentă de ADN poate lua parte la transcripție la un nivel minim și fără prezența acesteia din urmă. Dar pentru funcționarea normală a acestui mecanism, este încă nevoie de UBF. De ce anume? Până acum, nu a fost posibil să se stabilească motivul acestui comportament. Una dintre cele mai populare explicații sugerează că UBF acționează ca un fel de stimulator al transcripției ADNr pe măsură ce crește și se dezvoltă. Când are loc faza de repaus, se menține nivelul minim necesar de funcționare. Și pentru el, participarea factorilor de transcripție nu este critică. Acesta este modul în care funcționează ARN polimeraza. Funcțiile acestei enzime ne permit să sprijinim procesul de reproducere a micilor „blocuri” ale corpului nostru, datorită cărora aceasta este actualizată în mod constant timp de zeci de ani.
Al doilea grup de enzime
Funcționarea lor este reglementată de asamblarea unui complex multiproteic de pre-inițiere de promotori de clasa a doua. Cel mai adesea acest lucru este exprimat în lucrul cu proteine speciale - activatori. Un exemplu este TVR. Aceștia sunt factorii asociați care fac parte din TFIID. Sunt ținte pentru p53, NF kappa B și așa mai departe. Proteinele, care sunt numite coactivatori, își exercită și ele influența în procesul de reglare. Un exemplu este GCN5. De ce sunt necesare aceste proteine? Acţionează ca adaptoare care reglează interacţiunea activatorilor şi factorilor care sunt incluşi în complexul de pre-iniţiere. Pentru ca transcripția să aibă loc corect, este necesară prezența factorilor inițiatori necesari. În ciuda faptului că există șase dintre ele, doar unul poate interacționa direct cu promotorul. Pentru alte cazuri, este necesar un al doilea complex de ARN polimerază preformat. Mai mult, în timpul acestor procese, elementele proximale sunt în apropiere - doar 50-200 de perechi de la locul unde a început transcrierea. Acestea conțin o indicație a legării proteinelor activatoare.
Funcții speciale
Structura subunității enzimelor de origine diferită afectează rolul lor funcțional în transcripție? Nu există un răspuns exact la această întrebare, dar se crede că este cel mai probabil pozitiv. Cum depinde ARN polimeraza de acest lucru? Funcțiile enzimelor unei structuri simple sunt transcrierea unei game limitate de gene (sau chiar a părților lor mici). Un exemplu este sinteza primerilor ARN ai fragmentelor Okazaki. Specificitatea promotorului ARN polimerazei bacteriilor și fagilor este că enzimele au o structură simplă și nu diferă în diversitate. Acest lucru poate fi observat în procesul de replicare a ADN-ului în bacterii. Deși se poate lua în considerare și acest lucru: atunci când a fost studiată structura complexă a genomului unui fag T uniform, în timpul dezvoltării căruia s-a observat o schimbare multiplă a transcripției între diferite grupuri de gene, s-a dezvăluit că a fost utilizată o ARN polimerază gazdă complexă. pentru asta. Adică o enzimă simplă nu este indusă în astfel de cazuri. Din aceasta rezultă o serie de consecințe:
- ARN polimeraza eucariotă și bacteriană ar trebui să poată recunoaște diferiți promotori.
- Este necesar ca enzimele să aibă un anumit răspuns la diferite proteine de reglare.
- ARN polimeraza ar trebui să poată schimba, de asemenea, specificitatea recunoașterii secvenței de nucleotide a ADN-ului șablon. Pentru aceasta, se folosesc diverși efectori proteici.
De aici urmează nevoia organismului de elemente suplimentare de „construcție”. Proteinele complexului de transcripție ajută ARN polimeraza să își îndeplinească pe deplin funcțiile. Acest lucru se aplică, în cea mai mare măsură, enzimelor cu o structură complexă, în posibilitățile cărora implementarea unui program extins de implementare a informațiilor genetice. Datorită diverselor sarcini, putem observa un fel de ierarhie în structura ARN polimerazelor.
Cum funcționează procesul de transcriere?
Există o genă responsabilă pentru comunicarea cuARN polimeraza? În primul rând, despre transcripție: la eucariote, procesul are loc în nucleu. La procariote, are loc în interiorul microorganismului însuși. Interacțiunea polimerazei se bazează pe principiul structural fundamental al împerecherii complementare a moleculelor individuale. În ceea ce privește problemele de interacțiune, putem spune că ADN-ul acționează exclusiv ca un șablon și nu se modifică în timpul transcripției. Deoarece ADN-ul este o enzimă integrală, se poate spune cu siguranță că o anumită genă este responsabilă pentru acest polimer, dar va fi foarte lung. Nu trebuie uitat că ADN-ul conține 3,1 miliarde de reziduuri de nucleotide. Prin urmare, ar fi mai potrivit să spunem că fiecare tip de ARN este responsabil pentru propriul său ADN. Pentru ca reacția polimerazei să continue, sunt necesare surse de energie și substraturi ribonucleozide trifosfat. În prezența lor, între monofosfații ribonucleozidici se formează legături 3’, 5’-fosfodiester. Molecula de ARN începe să fie sintetizată în anumite secvențe de ADN (promotori). Acest proces se termină la secțiunile de terminare (terminare). Site-ul care este implicat aici se numește transcripție. La eucariote, de regulă, există o singură genă aici, în timp ce procariotele pot avea mai multe secțiuni ale codului. Fiecare transcripton are o zonă non-informativă. Acestea conțin secvențe de nucleotide specifice care interacționează cu factorii de transcripție reglatori menționați mai devreme.
ARN polimeraze bacteriene
Acesteamicroorganismele o enzimă este responsabilă pentru sinteza ARNm, ARNr și ARNt. Molecula medie de polimerază are aproximativ 5 subunități. Două dintre ele acționează ca elemente de legare ale enzimei. O altă subunitate este implicată în inițierea sintezei. Există, de asemenea, o componentă enzimatică pentru legarea nespecifică de ADN. Și ultima subunitate este implicată în aducerea ARN polimerazei într-o formă de lucru. Trebuie remarcat faptul că moleculele de enzime nu plutesc „liber” în citoplasma bacteriană. Când nu sunt utilizate, ARN polimerazele se leagă de regiuni nespecifice ale ADN-ului și așteaptă deschiderea unui promotor activ. Depărtând ușor de la subiect, trebuie spus că este foarte convenabil să studiezi proteinele și efectul acestora asupra polimerazelor acidului ribonucleic asupra bacteriilor. Este deosebit de convenabil să experimentați pe ele pentru a stimula sau suprima elementele individuale. Datorită ratei lor mari de înmulțire, rezultatul dorit poate fi obținut relativ rapid. Din păcate, cercetarea umană nu poate continua într-un ritm atât de rapid din cauza diversității noastre structurale.
Cum a „prins rădăcini” ARN polimeraza în diferite forme?
Acest articol ajunge la concluzia logică. Accentul a fost pus pe eucariote. Dar există și arhee și viruși. Prin urmare, aș dori să acord puțină atenție acestor forme de viață. În viața arheilor, există un singur grup de ARN polimeraze. Dar este extrem de similar în proprietățile sale cu cele trei asociații de eucariote. Mulți oameni de știință au sugerat că ceea ce putem observa în arhee este de faptstrămoșul evolutiv al polimerazelor specializate. Structura virușilor este, de asemenea, interesantă. După cum sa menționat anterior, nu toate aceste microorganisme au propria lor polimerază. Și acolo unde se află, este o singură subunitate. Se crede că enzimele virale sunt derivate din ADN polimeraze mai degrabă decât din constructe complexe de ARN. Deși, datorită diversității acestui grup de microorganisme, există diferite implementări ale mecanismului biologic considerat.
Concluzie
Vai, acum omenirea nu are încă toate informațiile necesare pentru a înțelege genomul. Și ce s-ar putea face! Aproape toate bolile au, practic, o bază genetică - aceasta se aplică în primul rând virușilor care ne provoacă în mod constant probleme, infecțiilor și așa mai departe. Cele mai complexe și incurabile boli sunt, de asemenea, direct sau indirect dependente de genomul uman. Când învățăm să ne înțelegem pe noi înșine și să aplicăm aceste cunoștințe în avantajul nostru, un număr mare de probleme și boli vor înceta pur și simplu să mai existe. Multe boli înainte teribile, cum ar fi variola și ciuma, au devenit deja un lucru din trecut. Pregătirea de a merge acolo oreion, tuse convulsivă. Dar nu ar trebui să ne relaxăm, pentru că încă ne confruntăm cu un număr mare de provocări diferite la care trebuie să răspundem. Și el va fi găsit, căci totul se îndreaptă spre asta.
