Moleküler biyoloji, biyokimya, genetik mühendisliği ve diğer ilgili bilimleri inceleyen herkes er ya da geç şu soruyu sorar: RNA polimerazın işlevi nedir? Bu, hala tam olarak araştırılmamış, ancak yine de bilinenler makale çerçevesinde ele alınacak olan oldukça karmaşık bir konudur.
Genel bilgi
Ökaryotların ve prokaryotların bir RNA polimerazı olduğunu unutmamak gerekir. Birincisi, her biri ayrı bir gen grubunun transkripsiyonundan sorumlu olan üç türe ayrılır. Bu enzimler, basitlik için birinci, ikinci ve üçüncü RNA polimerazları olarak numaralandırılmıştır. Yapısı nükleer içermeyen prokaryot, transkripsiyon sırasında basitleştirilmiş bir şemaya göre hareket eder. Bu nedenle, açıklığa kavuşturmak için, mümkün olduğunca fazla bilgiyi kapsamak için ökaryotlar dikkate alınacaktır. RNA polimerazlar yapısal olarak birbirine benzer. En az 10 polipeptit zinciri içerdiğine inanılmaktadır. Aynı zamanda, RNA polimeraz 1, daha sonra çeşitli proteinlere çevrilecek olan genleri sentezler (transkripsiyon yapar). İkincisi, daha sonra proteinlere çevrilen genleri kopyalamaktır. RNA polimeraz 3, orta derecede düşük moleküler ağırlıklı kararlı enzimler ile temsil edilir.alfa amatine duyarlıdır. Ama RNA polimerazın ne olduğuna karar vermedik! Bu, ribonükleik asit moleküllerinin sentezinde yer alan enzimlerin adıdır. Dar anlamda bu, bir deoksiribonükleik asit şablonu temelinde hareket eden DNA'ya bağımlı RNA polimerazları ifade eder. Enzimler, canlı organizmaların uzun süreli ve başarılı işleyişi için büyük önem taşımaktadır. RNA polimerazlar tüm hücrelerde ve çoğu virüste bulunur.
Özelliklere göre bölme
Alt birim bileşimine bağlı olarak, RNA polimerazlar iki gruba ayrılır:
- İlki, basit genomlarda az sayıda genin transkripsiyonu ile ilgilidir. Bu durumda çalışmak için karmaşık düzenleyici eylemler gerekli değildir. Bu nedenle, bu, yalnızca bir alt birimden oluşan tüm enzimleri içerir. Bir örnek, bakteriyofajların ve mitokondrilerin RNA polimerazıdır.
- Bu grup, karmaşık olan ökaryotların ve bakterilerin tüm RNA polimerazlarını içerir. Binlerce farklı geni kopyalayabilen karmaşık çok alt birimli protein kompleksleridir. İşlevleri sırasında bu genler, protein faktörlerinden ve nükleotidlerden gelen çok sayıda düzenleyici sinyale yanıt verir.
Böyle bir yapısal-fonksiyonel bölünme, gerçek durumun çok koşullu ve güçlü bir basitleştirilmesidir.
RNA polimeraz ne yapar?
Onlara birincil oluşturma işlevi atanırrRNA gen transkriptleri, yani en önemlileridir. İkincisi, 45S-RNA adı altında daha iyi bilinmektedir. Uzunlukları yaklaşık 13 bin nükleotittir. 28S-RNA, 18S-RNA ve 5,8S-RNA ondan oluşur. Bunları oluşturmak için sadece bir transkriptör kullanıldığından, vücut moleküllerin eşit miktarlarda oluşacağına dair bir “garanti” alır. Aynı zamanda, doğrudan RNA oluşturmak için sadece 7 bin nükleotit kullanılır. Transkriptin geri kalanı çekirdekte bozulur. Bu kadar büyük bir kalıntı ile ilgili olarak, ribozom oluşumunun erken aşamaları için gerekli olduğuna dair bir görüş vardır. Yüksek varlıkların hücrelerindeki bu polimerazların sayısı 40 bin birim civarında dalgalanıyor.
Nasıl düzenlenir?
Yani, ilk RNA polimerazı (molekülün prokaryotik yapısı) zaten iyi düşündük. Aynı zamanda, büyük alt birimlerin yanı sıra çok sayıda başka yüksek moleküler ağırlıklı polipeptit, iyi tanımlanmış fonksiyonel ve yapısal alanlara sahiptir. Genlerin klonlanması ve birincil yapılarının belirlenmesi sırasında bilim adamları, zincirlerin evrimsel olarak muhafazakar bölümlerini belirlediler. Araştırmacılar, iyi bir ifade kullanarak, bireysel alanların işlevsel önemi hakkında konuşmamızı sağlayan mutasyon analizi de gerçekleştirdiler. Bunu yapmak için, bölgeye yönelik mutajenez kullanılarak, polipeptit zincirlerinde tek tek amino asitler değiştirildi ve bu tür modifiye edilmiş alt birimler, bu yapılarda elde edilen özelliklerin müteakip analizi ile enzimlerin birleştirilmesinde kullanıldı. Organizasyonu nedeniyle ilk RNA polimerazınalfa-amatinin (soluk batağandan elde edilen oldukça zehirli bir madde) varlığı hiç reaksiyon göstermez.
İşlem
Hem birinci hem de ikinci RNA polimerazları iki biçimde bulunabilir. Bunlardan biri, spesifik transkripsiyonu başlatmak için hareket edebilir. İkincisi, DNA bağımlı RNA polimerazdır. Bu ilişki, işlevsellik faaliyetinin büyüklüğünde kendini gösterir. Konu halen araştırılmaktadır, ancak SL1 ve UBF olarak adlandırılan iki transkripsiyon faktörüne bağlı olduğu zaten bilinmektedir. İkincisinin özelliği, doğrudan promotöre bağlanabilmesidir, SL1 ise UBF'nin varlığını gerektirir. Her ne kadar deneysel olarak DNA'ya bağımlı RNA polimerazın transkripsiyonda minimal düzeyde ve ikincisi olmadan yer alabildiği bulunmuştur. Ancak bu mekanizmanın normal çalışması için UBF'ye hala ihtiyaç vardır. Neden tam olarak? Şimdiye kadar, bu davranışın nedenini belirlemek mümkün olmamıştır. En popüler açıklamalardan biri, UBF'nin büyüyüp geliştikçe bir tür rDNA transkripsiyon uyarıcısı gibi davrandığını öne sürüyor. Dinlenme aşaması gerçekleştiğinde, gerekli minimum işlevsellik düzeyi korunur. Ve onun için, transkripsiyon faktörlerinin katılımı kritik değildir. RNA polimeraz böyle çalışır. Bu enzimin işlevleri, onlarca yıldır sürekli güncellendiği için vücudumuzun küçük "yapı taşlarını" yeniden üretme sürecini desteklememizi sağlar.
İkinci grup enzim
İşlevleri, ikinci sınıf promotörlerden oluşan bir multiprotein ön başlatma kompleksinin bir araya getirilmesiyle düzenlenir. Çoğu zaman bu, özel proteinler - aktivatörler ile çalışırken ifade edilir. Bir örnek TVR'dir. Bunlar, TFIID'nin parçası olan ilişkili faktörlerdir. p53, NF kappa B vb. için hedeflerdir. Koaktivatör olarak adlandırılan proteinler de regülasyon sürecinde etkilerini gösterirler. Bir örnek GCN5'tir. Bu proteinlere neden ihtiyaç duyulur? Başlatma öncesi kompleksine dahil olan aktivatörlerin ve faktörlerin etkileşimini ayarlayan adaptörler olarak işlev görürler. Transkripsiyonun doğru bir şekilde gerçekleşmesi için gerekli başlatıcı faktörlerin varlığı gereklidir. Altı tane olmasına rağmen, yalnızca biri doğrudan destekleyici ile etkileşime girebilir. Diğer durumlarda, önceden oluşturulmuş bir ikinci RNA polimeraz kompleksi gereklidir. Ayrıca, bu işlemler sırasında, proksimal elemanlar yakındadır - transkripsiyonun başladığı yerden sadece 50-200 çift. Aktivatör proteinlerin bağlanmasının bir göstergesini içerirler.
Özel Özellikler
Farklı orijinli enzimlerin alt birim yapısı onların transkripsiyondaki fonksiyonel rollerini etkiler mi? Bu sorunun kesin bir cevabı yok, ancak büyük olasılıkla olumlu olduğuna inanılıyor. RNA polimeraz buna nasıl bağlıdır? Basit bir yapıya sahip enzimlerin işlevleri, sınırlı bir gen yelpazesinin (hatta küçük parçalarının) transkripsiyonudur. Bir örnek, Okazaki fragmanlarının RNA primerlerinin sentezidir. Bakteri ve fajların RNA polimerazının promotör özgüllüğü, enzimlerin basit bir yapıya sahip olmaları ve çeşitlilik açısından farklılık göstermemeleridir. Bu, bakterilerde DNA replikasyonu sürecinde görülebilir. Şunu da göz önünde bulundurabilsek de: gelişimi sırasında farklı gen grupları arasında çoklu transkripsiyon geçişinin kaydedildiği eşit bir T-faj genomunun karmaşık yapısı incelendiğinde, karmaşık bir konakçı RNA polimerazının kullanıldığı ortaya çıktı. bunun için. Yani bu gibi durumlarda basit bir enzim indüklenmez. Bundan bir takım sonuçlar çıkar:
- Ökaryotik ve bakteriyel RNA polimeraz farklı promotörleri tanıyabilmelidir.
- Enzimlerin farklı düzenleyici proteinlere belirli bir tepki vermesi gereklidir.
- RNA polimeraz, şablon DNA'nın nükleotid dizisinin tanınmasının özgüllüğünü de değiştirebilmelidir. Bunun için çeşitli protein efektörleri kullanılır.
Bundan itibaren vücudun ek "inşa" öğelerine olan ihtiyacı ortaya çıkar. Transkripsiyon kompleksinin proteinleri, RNA polimerazın işlevlerini tam olarak yerine getirmesine yardımcı olur. Bu, büyük ölçüde, genetik bilginin uygulanması için kapsamlı bir programın uygulanması olasılıklarında karmaşık bir yapıya sahip enzimler için geçerlidir. Çeşitli görevler sayesinde RNA polimerazların yapısında bir tür hiyerarşi gözlemleyebiliriz.
Transkripsiyon süreci nasıl işliyor?
İletişim kurmaktan sorumlu bir gen var mı?RNA polimeraz? İlk olarak, transkripsiyon hakkında: ökaryotlarda süreç çekirdekte gerçekleşir. Prokaryotlarda mikroorganizmanın kendisinde gerçekleşir. Polimeraz etkileşimi, tek tek moleküllerin tamamlayıcı eşleşmesinin temel yapısal ilkesine dayanır. Etkileşim konularına gelince, DNA'nın sadece bir kalıp görevi gördüğünü ve transkripsiyon sırasında değişmediğini söyleyebiliriz. DNA ayrılmaz bir enzim olduğu için bu polimerden belirli bir genin sorumlu olduğunu kesin olarak söylemek mümkün ama çok uzun sürecek. DNA'nın 3,1 milyar nükleotid kalıntısı içerdiği unutulmamalıdır. Bu nedenle her RNA türünün kendi DNA'sından sorumlu olduğunu söylemek daha doğru olacaktır. Polimeraz reaksiyonunun devam etmesi için enerji kaynaklarına ve ribonükleosit trifosfat substratlarına ihtiyaç vardır. Onların varlığında, ribonükleosit monofosfatlar arasında 3', 5'-fosfodiester bağları oluşur. RNA molekülü belirli DNA dizilerinde (promotörler) sentezlenmeye başlar. Bu işlem sonlandırma bölümlerinde (sonlandırma) sona erer. Burada yer alan siteye transkripton denir. Ökaryotlarda, kural olarak, burada sadece bir gen bulunurken, prokaryotlarda kodun birkaç bölümü olabilir. Her transkriptonun bilgilendirici olmayan bir bölgesi vardır. Daha önce bahsedilen düzenleyici transkripsiyon faktörleriyle etkileşime giren spesifik nükleotid dizileri içerirler.
Bakteriyel RNA polimerazları
Bunlarmikroorganizmalar mRNA, rRNA ve tRNA sentezinden bir enzim sorumludur. Ortalama polimeraz molekülünün yaklaşık 5 alt birimi vardır. Bunlardan ikisi enzimin bağlayıcı elementleri olarak işlev görür. Başka bir alt birim, sentezin başlatılmasında yer alır. DNA'ya spesifik olmayan bağlanma için bir enzim bileşeni de vardır. Ve son alt birim, RNA polimerazın çalışan bir forma getirilmesinde rol oynar. Enzim moleküllerinin bakteri sitoplazmasında "serbest" yüzen olmadıklarına dikkat edilmelidir. Kullanılmadığı zaman, RNA polimerazlar DNA'nın spesifik olmayan bölgelerine bağlanır ve aktif bir promotörün açılmasını bekler. Konudan biraz uzaklaşarak, proteinleri ve bunların bakteriler üzerindeki ribonükleik asit polimerazları üzerindeki etkilerini incelemenin çok uygun olduğu söylenmelidir. Bireysel öğeleri uyarmak veya bastırmak için bunlar üzerinde deney yapmak özellikle uygundur. Yüksek çarpma oranları nedeniyle, istenen sonuç nispeten hızlı bir şekilde elde edilebilir. Ne yazık ki, yapısal çeşitliliğimiz nedeniyle insan araştırmaları bu kadar hızlı ilerleyemez.
RNA polimeraz farklı formlarda nasıl "kök aldı"?
Bu makale mantıklı bir sonuca varıyor. Odak ökaryotlar üzerindeydi. Ama aynı zamanda arkeler ve virüsler de var. Bu nedenle, bu yaşam biçimlerine biraz dikkat etmek istiyorum. Arkelerin yaşamında sadece bir grup RNA polimeraz vardır. Ancak özellikleri bakımından ökaryotların üç birlikteliğine son derece benzer. Birçok bilim insanı, arkelerde gözlemleyebildiğimiz şeyin aslındaözel polimerazların evrimsel atası. Virüslerin yapısı da ilginçtir. Daha önce belirtildiği gibi, bu tür mikroorganizmaların hepsinin kendi polimerazları yoktur. Ve olduğu yerde, tek bir alt birimdir. Viral enzimlerin, karmaşık RNA yapılarından ziyade DNA polimerazlarından türetildiği düşünülmektedir. Bu mikroorganizma grubunun çeşitliliği nedeniyle, düşünülen biyolojik mekanizmanın farklı uygulamaları vardır.
Sonuç
Ne yazık ki, insanlık henüz genomu anlamak için gerekli tüm bilgilere sahip değil. Ve ne yapılabilir! Hemen hemen tüm hastalıkların temelde genetik bir temeli vardır - bu öncelikle bize sürekli olarak sorun yaratan virüsler, enfeksiyonlar vb. için geçerlidir. En karmaşık ve tedavisi olmayan hastalıklar da aslında doğrudan veya dolaylı olarak insan genomuna bağlıdır. Kendimizi anlamayı ve bu bilgiyi kendi yararımıza kullanmayı öğrendiğimizde, çok sayıda sorun ve hastalık basitçe ortadan kalkacaktır. Çiçek hastalığı ve veba gibi daha önce korkunç olan birçok hastalık çoktan geçmişte kaldı. Oraya gitmeye hazırlanıyor kabakulak, boğmaca. Ancak gevşememeliyiz, çünkü hala cevaplanması gereken çok sayıda farklı zorlukla karşı karşıyayız. Ve o bulunacak, çünkü her şey buna doğru gidiyor.
