Lahat ng nag-aaral ng molecular biology, biochemistry, genetic engineering at ilang iba pang kaugnay na agham maaga o huli ay nagtatanong ng tanong: ano ang function ng RNA polymerase? Ito ay isang medyo kumplikadong paksa, na hindi pa rin ganap na ginalugad, ngunit, gayunpaman, kung ano ang nalalaman ay tatalakayin sa loob ng balangkas ng artikulo.
Pangkalahatang impormasyon
Kailangan tandaan na mayroong RNA polymerase ng mga eukaryotes at prokaryotes. Ang una ay higit na nahahati sa tatlong uri, ang bawat isa ay responsable para sa transkripsyon ng isang hiwalay na grupo ng mga gene. Ang mga enzyme na ito ay binibilang para sa pagiging simple bilang una, pangalawa, at pangatlong RNA polymerases. Ang prokaryote, na ang istraktura ay walang nuklear, sa panahon ng transkripsyon ay kumikilos ayon sa isang pinasimpleng pamamaraan. Samakatuwid, para sa kalinawan, upang masakop ang mas maraming impormasyon hangga't maaari, ang mga eukaryote ay isasaalang-alang. Ang mga polymerase ng RNA ay magkapareho sa istruktura sa bawat isa. Ang mga ito ay pinaniniwalaan na naglalaman ng hindi bababa sa 10 polypeptide chain. Kasabay nito, ang RNA polymerase 1 ay nag-synthesize (nag-transcribe) ng mga gene na kasunod na isasalin sa iba't ibang mga protina. Ang pangalawa ay ang pag-transcribe ng mga gene, na pagkatapos ay isinalin sa mga protina. Ang RNA polymerase 3 ay kinakatawan ng iba't ibang mababang molekular na timbang na matatag na mga enzyme na katamtamansensitibo sa alpha amatine. Ngunit hindi kami nagpasya kung ano ang RNA polymerase! Ito ang pangalan ng mga enzyme na kasangkot sa synthesis ng ribonucleic acid molecules. Sa isang makitid na kahulugan, ito ay tumutukoy sa DNA-dependent RNA polymerases na kumikilos batay sa isang template ng deoxyribonucleic acid. Ang mga enzyme ay may malaking kahalagahan para sa pangmatagalan at matagumpay na paggana ng mga buhay na organismo. Ang RNA polymerases ay matatagpuan sa lahat ng mga cell at karamihan sa mga virus.
Paghahati ayon sa mga feature
Depende sa komposisyon ng subunit, nahahati ang RNA polymerases sa dalawang grupo:
- Ang una ay tumatalakay sa transkripsyon ng isang maliit na bilang ng mga gene sa mga simpleng genome. Para sa paggana sa kasong ito, hindi kinakailangan ang mga kumplikadong pagkilos sa regulasyon. Samakatuwid, kabilang dito ang lahat ng mga enzyme na binubuo lamang ng isang subunit. Ang isang halimbawa ay ang RNA polymerase ng bacteriophage at mitochondria.
- Kabilang sa pangkat na ito ang lahat ng RNA polymerases ng eukaryotes at bacteria, na kumplikado. Ang mga ito ay masalimuot na multi-subunit protein complex na maaaring mag-transcribe ng libu-libong magkakaibang mga gene. Sa panahon ng kanilang paggana, ang mga gene na ito ay tumutugon sa isang malaking bilang ng mga regulatory signal na nagmumula sa mga salik ng protina at mga nucleotide.
Ang nasabing structural-functional division ay isang napaka-kondisyon at malakas na pagpapasimple ng totoong estado ng mga gawain.
Ano ang ginagawa ko ng RNA polymerase?
Nakatalaga sa kanila ang function ng pagbuo ng primaryrRNA gene transcripts, iyon ay, sila ang pinakamahalaga. Ang huli ay mas kilala sa ilalim ng pagtatalaga na 45S-RNA. Ang kanilang haba ay humigit-kumulang 13 libong nucleotides. Ang 28S-RNA, 18S-RNA at 5,8S-RNA ay nabuo mula dito. Dahil sa katotohanan na isang transcriptor lamang ang ginagamit upang lumikha ng mga ito, ang katawan ay tumatanggap ng isang "garantiya" na ang mga molekula ay mabubuo sa pantay na dami. Kasabay nito, 7 libong nucleotide lamang ang ginagamit upang direktang lumikha ng RNA. Ang natitirang bahagi ng transcript ay nasira sa nucleus. Tungkol sa tulad ng isang malaking nalalabi, mayroong isang opinyon na ito ay kinakailangan para sa mga unang yugto ng pagbuo ng ribosome. Ang bilang ng mga polymerase na ito sa mga selula ng mas matataas na nilalang ay nagbabago sa markang 40 libong mga yunit.
Paano ito nakaayos?
Kaya, napag-isipan na nating mabuti ang unang RNA polymerase (prokaryotic na istraktura ng molekula). Kasabay nito, ang mga malalaking subunit, pati na rin ang isang malaking bilang ng iba pang mga high-molecular-weight polypeptides, ay may mahusay na tinukoy na functional at structural na mga domain. Sa panahon ng pag-clone ng mga gene at ang pagpapasiya ng kanilang pangunahing istraktura, natukoy ng mga siyentipiko ang evolutionarily konserbatibong mga seksyon ng mga kadena. Gamit ang mahusay na pagpapahayag, nagsagawa din ang mga mananaliksik ng mutational analysis, na nagpapahintulot sa amin na pag-usapan ang functional na kahalagahan ng mga indibidwal na domain. Upang gawin ito, gamit ang mutagenesis na nakadirekta sa site, ang mga indibidwal na amino acid ay binago sa mga polypeptide chain, at ang mga nasabing binagong subunit ay ginamit sa pagpupulong ng mga enzyme na may kasunod na pagsusuri ng mga katangian na nakuha sa mga konstruksyon na ito. Ito ay nabanggit na dahil sa kanyang organisasyon, ang unang RNA polymerase saang pagkakaroon ng alpha-amatine (isang lubhang nakakalason na substance na nagmula sa maputlang grebe) ay hindi tumutugon sa lahat.
Operation
Ang una at pangalawang RNA polymerases ay maaaring umiral sa dalawang anyo. Ang isa sa kanila ay maaaring kumilos upang simulan ang partikular na transkripsyon. Ang pangalawa ay ang DNA dependent RNA polymerase. Ang relasyon na ito ay ipinahayag sa laki ng aktibidad ng paggana. Ang paksa ay nasa ilalim pa rin ng pagsisiyasat, ngunit alam na na ito ay nakasalalay sa dalawang transcription factor, na itinalaga bilang SL1 at UBF. Ang kakaiba ng huli ay maaari itong direktang magbigkis sa tagataguyod, habang ang SL1 ay nangangailangan ng pagkakaroon ng UBF. Bagama't natuklasan sa eksperimento na ang DNA-dependent na RNA polymerase ay maaaring makilahok sa transkripsyon sa isang minimal na antas at walang presensya ng huli. Ngunit para sa normal na paggana ng mekanismong ito, kailangan pa rin ang UBF. Bakit eksakto? Sa ngayon, hindi pa posible na maitatag ang dahilan para sa pag-uugali na ito. Ang isa sa mga pinakasikat na paliwanag ay nagmumungkahi na ang UBF ay gumaganap bilang isang uri ng rDNA transcription stimulator habang ito ay lumalaki at umuunlad. Kapag naganap ang yugto ng pahinga, pinapanatili ang pinakamababang kinakailangang antas ng paggana. At para sa kanya, hindi kritikal ang partisipasyon ng mga transcription factor. Ito ay kung paano gumagana ang RNA polymerase. Ang mga function ng enzyme na ito ay nagbibigay-daan sa amin na suportahan ang proseso ng pagpaparami ng maliliit na "building blocks" ng ating katawan, salamat sa kung saan ito ay patuloy na ina-update sa loob ng mga dekada.
Ikalawang pangkat ng mga enzyme
Ang kanilang paggana ay kinokontrol ng pagpupulong ng isang multiprotein pre-initiation complex ng mga promoter ng pangalawang klase. Kadalasan ito ay ipinahayag sa trabaho na may mga espesyal na protina - mga activator. Ang isang halimbawa ay ang TVR. Ito ang mga nauugnay na salik na bahagi ng TFIID. Sila ay mga target para sa p53, NF kappa B at iba pa. Ang mga protina, na tinatawag na mga coactivator, ay nagpapatupad din ng kanilang impluwensya sa proseso ng regulasyon. Ang isang halimbawa ay GCN5. Bakit kailangan ang mga protina na ito? Gumaganap sila bilang mga adaptor na nag-aayos ng pakikipag-ugnayan ng mga activator at mga kadahilanan na kasama sa pre-initiation complex. Upang maganap nang tama ang transkripsyon, kinakailangan ang pagkakaroon ng mga kinakailangang salik sa pagsisimula. Sa kabila ng katotohanan na mayroong anim sa kanila, isa lamang ang maaaring direktang makipag-ugnayan sa promoter. Para sa ibang mga kaso, kailangan ang isang preformed na pangalawang RNA polymerase complex. Bukod dito, sa panahon ng mga prosesong ito, ang mga proximal na elemento ay malapit - 50-200 pares lamang mula sa site kung saan nagsimula ang transkripsyon. Naglalaman ang mga ito ng indikasyon ng pagbubuklod ng mga protina ng activator.
Mga Espesyal na Tampok
Nakakaapekto ba ang istruktura ng subunit ng mga enzyme na may iba't ibang pinagmulan sa kanilang pagganap na papel sa transkripsyon? Walang eksaktong sagot sa tanong na ito, ngunit pinaniniwalaan na ito ay malamang na positibo. Paano nakasalalay dito ang RNA polymerase? Ang mga function ng mga enzyme ng isang simpleng istraktura ay ang transkripsyon ng isang limitadong hanay ng mga gene (o kahit na ang kanilang maliliit na bahagi). Ang isang halimbawa ay ang synthesis ng RNA primers ng mga fragment ng Okazaki. Ang pagtitiyak ng promoter ng RNA polymerase ng bacteria at phages ay ang mga enzyme ay may simpleng istraktura at hindi naiiba sa pagkakaiba-iba. Ito ay makikita sa proseso ng DNA replication sa bacteria. Bagaman maaari ring isaalang-alang ito ng isa: kapag pinag-aralan ang kumplikadong istraktura ng genome ng isang pantay na T-phage, sa panahon ng pag-unlad kung saan napansin ang maraming paglipat ng transkripsyon sa pagitan ng iba't ibang grupo ng mga gene, ipinahayag na ginamit ang isang kumplikadong host RNA polymerase. para dito. Iyon ay, ang isang simpleng enzyme ay hindi sapilitan sa mga ganitong kaso. Ang ilang mga kahihinatnan ay sumusunod mula dito:
- Eukaryotic at bacterial RNA polymerase ay dapat na makilala ang iba't ibang mga promoter.
- Kinakailangan na ang mga enzyme ay may tiyak na tugon sa iba't ibang regulatory protein.
- RNA polymerase ang pagtitiyak ng pagkilala sa pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng template DNA. Para dito, ginagamit ang iba't ibang mga effector ng protina.
Dapat ding mabago ng
Mula rito ay sumusunod sa pangangailangan ng katawan para sa karagdagang mga elemento ng "gusali". Ang mga protina ng transcription complex ay tumutulong sa RNA polymerase upang ganap na maisagawa ang mga function nito. Nalalapat ito, sa pinakamalaking lawak, sa mga enzyme ng isang kumplikadong istraktura, sa mga posibilidad kung saan ang pagpapatupad ng isang malawak na programa para sa pagpapatupad ng genetic na impormasyon. Salamat sa iba't ibang gawain, mapapansin natin ang isang uri ng hierarchy sa istruktura ng RNA polymerases.
Paano gumagana ang proseso ng transkripsyon?
May gene bang responsable para sa pakikipag-usap saRNA polymerase? Una, tungkol sa transkripsyon: sa eukaryotes, ang proseso ay nangyayari sa nucleus. Sa prokaryotes, ito ay nagaganap sa loob mismo ng mikroorganismo. Ang pakikipag-ugnayan ng polymerase ay batay sa pangunahing istrukturang prinsipyo ng komplementaryong pagpapares ng mga indibidwal na molekula. Tungkol sa mga isyu sa pakikipag-ugnayan, maaari nating sabihin na ang DNA ay gumaganap ng eksklusibo bilang isang template at hindi nagbabago sa panahon ng transkripsyon. Dahil ang DNA ay isang mahalagang enzyme, posible na tiyaking tiyak na ang isang partikular na gene ay may pananagutan para sa polimer na ito, ngunit ito ay magiging napakatagal. Hindi dapat kalimutan na ang DNA ay naglalaman ng 3.1 bilyong nucleotide residues. Samakatuwid, mas angkop na sabihin na ang bawat uri ng RNA ay may pananagutan para sa sarili nitong DNA. Para magpatuloy ang reaksyon ng polymerase, kailangan ang mga mapagkukunan ng enerhiya at ribonucleoside triphosphate substrate. Sa kanilang presensya, ang 3', 5'-phosphodiester bond ay nabuo sa pagitan ng ribonucleoside monophosphates. Nagsisimulang ma-synthesize ang molekula ng RNA sa ilang mga sequence ng DNA (promoter). Ang prosesong ito ay nagtatapos sa pagtatapos ng mga seksyon (pagwawakas). Ang site na kasangkot dito ay tinatawag na transcripton. Sa mga eukaryote, bilang panuntunan, mayroon lamang isang gene dito, habang ang mga prokaryote ay maaaring magkaroon ng ilang mga seksyon ng code. Ang bawat transcripton ay may non-informative zone. Naglalaman ang mga ito ng mga partikular na sequence ng nucleotide na nakikipag-ugnayan sa mga regulatory transcription factor na binanggit kanina.
Bacterial RNA polymerases
Itomicroorganisms isang enzyme ay responsable para sa synthesis ng mRNA, rRNA at tRNA. Ang average na polymerase molecule ay may humigit-kumulang 5 subunits. Dalawa sa kanila ang kumikilos bilang nagbubuklod na mga elemento ng enzyme. Ang isa pang subunit ay kasangkot sa pagsisimula ng synthesis. Mayroon ding sangkap ng enzyme para sa hindi tiyak na pagbubuklod sa DNA. At ang huling subunit ay kasangkot sa pagdadala ng RNA polymerase sa isang gumaganang anyo. Dapat pansinin na ang mga molekula ng enzyme ay hindi "libre" na lumulutang sa bacterial cytoplasm. Kapag hindi ginagamit, ang mga RNA polymerases ay nagbubuklod sa mga hindi partikular na rehiyon ng DNA at naghihintay na magbukas ang isang aktibong promoter. Bahagyang lumihis mula sa paksa, dapat sabihin na ito ay napaka-maginhawa upang pag-aralan ang mga protina at ang kanilang epekto sa ribonucleic acid polymerases sa bakterya. Ito ay lalong maginhawa upang mag-eksperimento sa mga ito upang pasiglahin o sugpuin ang mga indibidwal na elemento. Dahil sa kanilang mataas na rate ng pagpaparami, ang nais na resulta ay maaaring makuha nang medyo mabilis. Sa kasamaang palad, hindi maaaring magpatuloy ang pananaliksik ng tao sa ganoong kabilis dahil sa ating pagkakaiba-iba sa istruktura.
Paano "nag-ugat" ang RNA polymerase sa iba't ibang anyo?
Malapit na ang artikulong ito sa lohikal na konklusyon nito. Ang pokus ay sa eukaryotes. Ngunit mayroon ding archaea at mga virus. Samakatuwid, nais kong bigyang pansin ang mga uri ng buhay na ito. Sa buhay ng archaea, mayroon lamang isang grupo ng RNA polymerases. Ngunit ito ay lubos na katulad sa mga katangian nito sa tatlong asosasyon ng mga eukaryotes. Maraming mga siyentipiko ang nagmungkahi na ang maaari nating obserbahan sa archaea ay talagangebolusyonaryong ninuno ng mga dalubhasang polymerases. Ang istraktura ng mga virus ay kawili-wili din. Tulad ng naunang nabanggit, hindi lahat ng naturang microorganism ay may sariling polymerase. At kung nasaan ito, ito ay isang solong subunit. Ang mga viral enzyme ay inaakalang nagmula sa mga polymerase ng DNA kaysa sa mga kumplikadong konstruksyon ng RNA. Bagama't, dahil sa pagkakaiba-iba ng grupong ito ng mga mikroorganismo, may iba't ibang pagpapatupad ng itinuturing na biological na mekanismo.
Konklusyon
Naku, sa ngayon ay wala pa ang sangkatauhan ng lahat ng kinakailangang impormasyon na kailangan para maunawaan ang genome. At ano ang maaaring gawin! Halos lahat ng sakit ay karaniwang may genetic na batayan - ito ay nalalapat lalo na sa mga virus na patuloy na nagdudulot sa atin ng mga problema, sa mga impeksiyon, at iba pa. Ang pinaka-kumplikado at walang lunas na mga sakit ay, sa katunayan, direkta o hindi direktang umaasa sa genome ng tao. Kapag natutunan nating unawain ang ating sarili at ilapat ang kaalamang ito sa ating kalamangan, ang malaking bilang ng mga problema at sakit ay mawawala na lamang. Maraming mga dating kakila-kilabot na sakit, tulad ng bulutong at salot, ay naging isang bagay ng nakaraan. Paghahanda upang pumunta doon beke, whooping ubo. Ngunit hindi tayo dapat mag-relax, dahil marami pa rin tayong kinakaharap na iba't ibang hamon na kailangang sagutin. At siya ay matatagpuan, dahil ang lahat ay patungo rito.
