Какво представлява РНК полимеразата? Каква е функцията на РНК полимеразата?

Всеки, който изучава молекулярната биология, биохимия, генното инженерство, както и редица други, свързани с познания, рано или късно, задава въпроса: каква е функцията на РНК полимераза? Това е доста сложна тема, която все още не е напълно проучена, но все пак това, което е известно, ще бъде разгледано в статията.

Обща информация

Необходимо е да се помни, че има РНК полимераза от еукариоти и прокариоти. Първият е допълнително разделен на три вида, всеки от които е отговорен за извършването на транскрипцията на отделна група гени. Тези ензими са номерирани за простота като първа, втора и трета РНК полимераза. Прокариоти, структура който се декупаризира, действа по опростена схема по време на транскрипцията. Поради това, за да се постигне яснота, за да се обхване колкото е възможно повече информация, ще бъдат разгледани еукариотите. РНК полимеразите са структурно сходни. Счита се, че те съдържат не по-малко от 10 полипептидни вериги. В този случай РНК полимеразата 1 синтезира (транскрибтира) гени, които в бъдеще ще бъдат транслирани в различни протеини. Втората се отнася до транскрипцията на гени, които впоследствие се транслират в протеини. РНК полимеразата 3 е представена от множество стабилни ензими с ниско молекулно тегло, които са умерено чувствителни към алфа-аматин. Но ние не решихме каква е РНК полимеразата! Така наречените ензими, които участват в синтеза на молекули на рибонуклеиновата киселина. В тесен смисъл това означава ДНК-зависими РНК полимерази, които действат на базата на матрица на дезоксирибонуклеинова киселина. Ензимите са от най-голямо значение за дългото и успешно функциониране на живите организми. РНК полимеразата може да се открие във всички клетки и повечето вируси.

Разделяне по функции

В зависимост от състава на субедините, RNA полимеразите се разделят на две групи:

1. Първата се занимава с транскрипция на малък брой гени в прости геноми. За да се работи в този случай, не са необходими сложни регулаторни влияния. Ето защо тук са включени всички ензими, които се състоят само от една субединица. РНК полимерази на бактериофаги и митохондрии могат да бъдат използвани като пример.
2. Тази група включва всички РНК полимерази на еукариоти и бактерии, които са комплексно подредени. Те са сложни протеинови комплекси с множество подединици, които могат да транскрибират хиляди различни гени. По време на функционирането, тези гени реагират на голям брой регулаторни сигнали, които идват от протеинови фактори и нуклеотиди.

Това структурно функционално разделение е много условно и силно опростяване на реалното състояние на делата.

Какво правя РНК полимеразата?

Зад тях е фиксирана функция на образованието първични транскрипти на rRNA гени, т.е. те са най-важните. Последните са по-известни като 45S-RNA. Тяхната дължина е около 13 000 нуклеотиди. 28S-RNA, 18S-RNA и 5,8S-RNA се формират от него. Поради факта, че за създаването им се използва само един транскрипт, организмът получава "гаранция", че молекулите ще се образуват в еднакви количества. В същото време само 7000 нуклеотиди се създават, за да се създаде директно РНК. Останалата част от транскрипта се разгражда в ядрото. По отношение на такъв голям остатък се смята, че е необходимо за ранните стадии на образуване на рибозоми. Броят на тези полимерази в клетките на по-висшите същества варира около марката от 40 хиляди единици.

Как е организирано?

Така че вече имаме добър поглед към първата РНК полимераза (структура на прокариотна молекула). В този случай, голямата субединица, както впрочем, и голям брой други полипептиди с високо молекулно тегло, има ясно различими са функционални и структурни домени. По време на клонирането на гена и да се определи тяхната първична структура са били идентифицирани от учените еволюционно запазени части от вериги. Използвайки добър израз, изследователите извършиха и анализ на мутациите, който ни позволява да говорим за функционалното значение на отделните домейни. За тази цел, използвайки сайт-насочена мутагенеза за промяна на отделни полипептидни вериги, и такива субединици модифицирана аминокиселина, използвана в монтаж на ензими с последващ анализ на свойствата, които се получават в структурите на данни. Беше отбелязано, че благодарение на организация на първия РНК полимераза в присъствието на алфа-amatina (силно токсично вещество, което се получава от бледо гъба) не реагира.

функциониране

Както първата, така и втората РНК полимерази могат да съществуват в две форми. Един от тях може да действа, за да инициира конкретна транскрипция. Втората е зависима от ДНК РНК полимераза. Това е съотношението се проявява в мащаба на дейността на функциониране. Темата все още се разследва, но вече е известно, че това зависи от два транскрипционни фактора, които са означени като SL1 и UBF. Особеността на последната е, че тя може директно да се свърже с промотора, докато SL1 изисква наличието на UBF. Въпреки че е експериментално установено, че ДНК-зависимата РНК полимераза може да участва в транскрипцията на минимално ниво и без наличието на последната. Но за нормалното функциониране на този механизъм UBF все още е необходимо. Защо? Засега не е възможно да се установи причината за това поведение. Едно от най-популярните обяснения показва, че UBF действа като вид стимулант за транскрипция на rDNA, когато расте и се развива. При достигане на остатъчната фаза се поддържа минималното необходимо ниво на функциониране. И за него, участието на транскрипционните фактори не е критично. По този начин функционира РНК полимеразата. Функциите на този ензим ни позволяват да подкрепяме възпроизвеждането на малки "строителни блокове" на нашето тяло, благодарение на което той се подновява непрекъснато в продължение на десетилетия.

Втората група ензими

Тяхното функциониране се регулира от сглобяването на мулти-протеинов предварително инициаторен комплекс от второкласни промотори. Най-често това се изразява в работата със специални протеини - активатори. Пример за това е TBP. Това са асоциираните фактори, които съставляват TFIID. Те са целта за p53, NF kappa B и така нататък. Тяхното влияние в процеса на регулиране се упражнява от протеини, наречени коактиватори. Като пример можете да цитирате GCN5. Защо се нуждаем от тези протеини? Те действат като адаптори, които регулират взаимодействието на активаторите и факторите, които навлизат в комплекса за преиндикация. За правилна транскрипция е необходимо да има необходимите инициаторни фактори. Въпреки факта, че има шест от тях, само един може директно да взаимодейства с организатора. За други случаи е необходим предварително формиран комплекс от втората РНК полимераза. И по време на тези процеси близките елементи са близо - само на 50-200 двойки от мястото, където започва транскрипцията. Те съдържат индикация за свързването на протеиновите активатори.

Специфични функции

Дали структурата на субединици на ензими с различен произход влияе на тяхната функционална роля в транскрипцията? Няма точен отговор на този въпрос, но се смята, че това е най-вероятно положително. Как зависи РНК полимеразата от това? Функции на ензимите проста структура е транскрипцията на ограничен кръг от гени (или дори техните малки части). Като пример, може да се цитира синтезата на РНК праймерите на Okaucas фрагменти. Промоторната специфичност на РНК полимеразните бактерии и фаги е, че ензимите притежават проста структура и не се различават по разнообразие. Това може да се види в примера на процеса ДНК репликация в бактериите. Въпреки че можем да считаме това: сложна структура, когато учи геном дори фаг, по време на развитието, беше отбелязано, че многократно превключване между различни гена транскрипционни групи, беше установено, че комплексът се използва за тази РНК полимераза гостоприемник. Това означава, че в такива случаи не се предизвиква обикновен ензим. Това води до редица последствия:

1. РНК полимеразата на еукариотите и бактериите трябва да е в състояние да разпознае различни промотори.
2. Необходимо е ензимите да имат известна реакция към различни регулаторни протеини.
3. РНК полимеразата също трябва да бъде в състояние да промени специфичността на разпознаване на последователността от нуклеотиди на шаблонната ДНК. За тази цел се използват разнообразни протеинови ефектори.

Оттук и необходимостта на организма за допълнителни "изграждащи" елементи. Протеините на транскрибционния комплекс спомагат за пълно функциониране на РНК полимеразата. Това се отнася преди всичко до ензими със сложна структура, в способностите на които се изпълнява обширна програма за реализиране на генетична информация. Поради различни задачи можем да наблюдаваме особена йерархия на структурата на РНК полимерази.

Как протича процесът на транскрипция?

Има ли ген, отговорен за асоциацията с РНК полимераза? Първо, за транскрипцията: в еукариотите процесът се осъществява в ядрото. При прокариотите тя се влива в самия микроорганизъм. Взаимодействието на полимеразата се основава на фундаменталния структурен принцип на комплементарното сдвояване на отделните молекули. Що се отнася до проблемите на взаимодействието, може да се каже, че ДНК действа изключително като матрица и не се променя по време на транскрипцията. Тъй като ДНК е неразделен ензим, сигурно е, че за този полимер е отговорен конкретен ген, но той ще бъде много дълъг. Не трябва да се забравя, че ДНК съдържа 3.1 милиарда нуклеотидни остатъка. Следователно, по-подходящо е да се каже, че всеки тип РНК има своя собствена ДНК. За хода на полимеразната реакция са необходими енергийни източници и рибонуклеотид-трифосфатни субстрати. Ако присъстват, се образуват 3 `, 5`-фосфодиестерни връзки между рибонуклеозид монофосфати. РНК молекулата започва да се синтезира в определени ДНК последователности (промотори). Този процес завършва със завършващи секции (прекъсвания). Сайтът, който участва тук, се нарича transcripton. При еукариотите обикновено има само един ген, докато прокариотите могат да имат няколко части от кода. Всеки препис има неинформираща зона. Те съдържат специфични нуклеотидни последователности, взаимодействащи с регулаторните транскрипционни фактори, споменати по-рано.

Бактериални РНК полимерази

В тези микроорганизми един ензим е отговорен за синтеза на тРНК, rPHK и tRNA. Средната молекула на полимеразата има около 5 субединици. Два от тях действат като свързващи елементи на ензима. Друга субединица участва в инициирането на синтеза. Съществува и ензимен компонент за неспецифично ДНК свързване. И последната субединица се занимава с въвеждането на РНК полимеразата в работна форма. Трябва да се отбележи, че ензимните молекули не са в "свободното" плуване в цитоплазмата на бактерията. Когато РНК полимеразите не се използват, те се свързват с неспецифични ДНК области и чакат да бъде открит активен промотор. Малко разсейване от темата, трябва да се каже, че е много удобно за бактериите да учат протеини и техния ефект върху рибонуклеиновите кисели полимерази. За тях е особено удобно да експериментират със стимулирането или инхибирането на отделните елементи. Поради високата скорост на възпроизвеждане, желаният резултат може да се получи относително бързо. Уви, човешкото изследване не може да се осъществи с такова бързо темпо, благодарение на нашето структурно разнообразие.

Как РНК полимеразата "се вкоренява" в различни форми?

Така статията се доближава до логичното заключение. Основното внимание беше отделено на еукариотите. Но има аркаии и вируси. Затова искам да обърна малко внимание на тези форми на живот. В живота на археите има само една група РНК полимерази. Но тя е изключително сходна в свойствата си с трите асоциации на еукариотите. Много учени смятат, че това, което можем да наблюдаваме в археите, всъщност е еволюционен предшественик на специализирани полимерази. Структурата на вирусите също е интересна. Както вече беше съобщено, не всички такива микроорганизми имат тяхната полимераза. И къде е, това е една подразделение. Смята се, че вирусните ензими произхождат от ДНК полимерази, а не от комплекси на РНК. Въпреки че поради разнообразието на тази група микроорганизми се среща различна реализация на разглеждания биологичен механизъм.

заключение

Уви, сега човечеството все още няма цялата необходима информация, необходима за разбирането на генома. И това само може да се направи! На практика всички заболявания в тяхната база имат генетична основа - това важи преди всичко за вируси, които постоянно ни носят проблеми, за инфекции и т.н. Най-сложните и неизлечими болести - всъщност и те директно или индиректно зависят от човешкия геном. Когато се научим да разбираме себе си и ще прилагаме това знание за добро, голям брой проблеми и болести просто ще престанат да съществуват. Вече много ужасни болести, като едра шарка, чума, станаха нещо от миналото. Пригответе се да отидете там паротит, магарешка кашлица. Но не трябва да се отпускате, защото пред нас има много различни предизвикателства, на които трябва да намерим отговора. И той ще бъде намерен, защото всичко върви към това.