Ce este ARN polimeraza? Care este funcția ARN polimerazei?

Toti cei care studiaza biologie moleculara, biochimie, inginerie genetică, și un număr de alte cunoștințe în domeniu, mai devreme sau mai târziu, pune întrebarea: ce este funcția ARN-polimerazei? Acesta este un subiect destul de complex, care nu a fost încă investigat pe deplin, dar, totuși, ceea ce este cunoscut va fi acoperit în articol.

Informații generale

Este necesar să ne amintim că există o polimerază ARN de eucariote și procariote. Primul este în continuare împărțit în trei tipuri, fiecare dintre acestea fiind responsabil de efectuarea transcrierii unui grup separat de gene. Aceste enzime sunt numerotate pentru simplitate ca prima, a doua și a treia polimerază ARN. Procariat, structură care este denuclearizat, acționează printr-o schemă simplificată în timpul transcrierii. Prin urmare, pentru claritate, pentru a acoperi cât mai multe informații posibil, vor fi luate în considerare eucariotele. ARN-polimerazele sunt similare din punct de vedere structural. Se crede că acestea conțin nu mai puțin de 10 lanțuri de polipeptide. În acest caz, ARN polimeraza 1 sintetizează (transcrie) gene, care în viitor vor fi traduse în diferite proteine. A doua se referă la transcrierea genelor, care ulterior sunt transformate în proteine. ARN polimeraza 3 este reprezentată de o varietate de enzime stabile cu greutate moleculară mică care sunt moderat sensibile la alfa-amatină. Dar nu am decis ce polimerază ARN este! Așa numitele enzime, care sunt implicate în sinteza moleculelor de acid ribonucleic. În sensul restrans, aceasta înseamnă ARN polimeraze dependente de ADN care acționează pe baza unei matrice de acid deoxiribonucleic. Enzimele sunt de cea mai mare importanță pentru funcționarea îndelungată și cu succes a organismelor vii. ARN polimeraza poate fi găsită în toate celulele și în majoritatea virusurilor.

Diviziune după caracteristici

În funcție de compoziția subunităților, ARN-polimerazele sunt împărțite în două grupe:

1. Primul este implicat în transcrierea unui număr mic de gene în genomul simplu. Pentru a opera în acest caz, nu sunt necesare influențe complexe de reglementare. Prin urmare, aici sunt incluse toate enzimele, care constau dintr-o singură subunitate. ARN polimerazele bacteriofagilor și mitocondriilor pot fi utilizate ca un exemplu.
2. Acest grup include toate polimerazele ARN de eucariote și bacterii, care sunt complexe aranjate. Acestea sunt complexe complexe de proteine ​​multi-subunitate care pot transcrie mii de gene diferite. In timpul functionarii, aceste gene reactioneaza la un numar mare de semnale de reglementare care provin de la factori de proteine ​​si nucleotide.

Această diviziune structural-funcțională este o simplificare foarte condiționată și puternică a stării reale a afacerilor.

Ce face polimeraza ARN?

În spatele lor este fixat funcția educației transcrierile primare ale genelor rRNA, adică ele sunt cele mai importante. Acestea din urmă sunt mai frecvent cunoscute sub denumirea de 45S-ARN. Lungimea lor este de aproximativ 13 mii de nucleotide. 28S-ARN, 18S-ARN și 5,8S-ARN sunt formate din acesta. Datorită faptului că doar o transcriere este folosită pentru crearea lor, organismul primește o "garanție" că moleculele vor fi formate în cantități egale. În același timp, doar 7000 de nucleotide sunt create pentru a crea ARN direct. Restul transcrierii se degradează în nucleu. În ceea ce privește un reziduu atât de mare, se crede că este necesar pentru etapele timpurii ale formării de ribozomi. Numărul acestor polimeraze în celulele creaturilor superioare fluctuează în jurul valorii de 40 mii de unități.

Cum se organizează?

Așadar, avem deja o priveliște bună la prima polimerază ARN (structură moleculară procariotică). În acest caz, subunitatea mare, așa cum, de altfel, și un mare număr de alte polipeptide cu greutate moleculară mare, există în mod clar domenii funcționale și structurale distinse. În timpul clonării genelor și determinarea structurii lor primare, oamenii de știință au identificat secțiuni evolutiv conservatoare ale lanțurilor. Folosind o expresie bună, cercetătorii au efectuat de asemenea o analiză mutațională, care ne permite să vorbim despre semnificația funcțională a domeniilor individuale. În acest scop, folosind mutageneza direcționată pe situs pentru a schimba lanțurile polipeptidice individuale, și astfel de subunități de aminoacizi modificate utilizate în asamblarea de enzime cu analiza ulterioară a proprietăților, care au fost obținute în structurile de date. Sa observat că, datorită organizării primei ARN polimerazei în prezența alfa-amatina (o substanță foarte toxică, care se obține dintr-o ciupercă pal) nu reacționează.

funcționare

Atât prima, cât și a doua polimerază ARN pot exista în două forme. Unul dintre ei poate acționa pentru a iniția o transcriere specifică. Al doilea este ADN dependent ARN polimeraza. Asta este raportul se manifestă în magnitudinea activității de funcționare. Subiectul este încă în curs de investigare, dar este deja cunoscut că aceasta depinde de doi factori de transcripție, care sunt denumiți SL1 și UBF. Particularitatea ultimului este că se poate lega direct de promotor, în timp ce SL1 necesită prezența UBF. Deși sa stabilit experimental că polimeraza ARN dependentă de ADN poate participa la transcripție la un nivel minim și fără prezența acesteia din urmă. Dar pentru funcționarea normală a acestui mecanism UBF este încă necesar. De ce? Pentru moment, nu este posibil să se stabilească motivul pentru acest comportament. Una dintre cele mai populare explicații sugerează că UBF acționează ca un fel de stimulant pentru transcrierea ADNc atunci când acesta crește și se dezvoltă. Când ajunge faza de odihnă, nivelul minim necesar de funcționare este menținut. Și pentru el, implicarea factorilor de transcripție nu este critică. Așa funcționează ARN polimeraza. Funcțiile acestei enzime ne permit să susținem procesul de reproducere a "blocurilor" mici ale corpului nostru, datorită cărora a fost reînnoită continuu de zeci de ani.

Al doilea grup de enzime

Funcționarea lor este reglementată de asamblarea unui complex multi-proteic pre-inițiator de promotori de clasa a doua. Cel mai adesea acest lucru este exprimat în munca cu proteine ​​speciale - activatori. Un exemplu este TBP. Acestea sunt factorii asociați care alcătuiesc TFIID. Acestea sunt ținta pentru p53, NF kappa B și așa mai departe. Influența lor în procesul de reglare este exercitată de proteinele numite coactivatori. De exemplu, puteți cita GCN5. De ce avem nevoie de aceste proteine? Acestea acționează ca adaptoare care reglează interacțiunea activatorilor și a factorilor care intră în complexul de preinitizare. Pentru transcriere adecvată, este necesar să existe factorii de inițiere necesari. În ciuda faptului că există șase dintre ele, doar unul poate interacționa direct cu promotorul. Pentru alte cazuri, este necesar un complex preformat al celei de-a doua ARN polimeraze. Și în timpul acestor procese, elementele proximale sunt aproape - numai în 50-200 de perechi de la locul unde începe transcrierea. Ele conțin o indicație a legării activatorilor de proteine.

Caracteristici specifice

Structura subunității a 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 aceasta? Funcțiile enzimelor o structură simplă este transcrierea unei game limitate de gene (sau chiar a părților mici). Ca exemplu, se poate cita sinteza primerilor de ARN ai fragmentelor Okaucas. Specificitatea promotorului a bacteriilor ARN polimerazei și a fagilor este că enzimele sunt posedate dintr-o structură simplă și nu diferă în ceea ce privește varietatea. Acest lucru poate fi văzut în exemplul unui proces Replicare ADN în bacterii. Deși putem considera aceasta: structură complexă atunci când a studiat genomul T chiar și fagi, în timpul dezvoltării, sa observat că repetă comutarea între diferite grupuri de gene de transcriere, sa constatat că complexul utilizat pentru această gazdă polimerazei ARN. Aceasta înseamnă că o enzimă simplă nu este indusă în astfel de cazuri. Aceasta duce la o serie de consecințe:

1. ARN polimeraza de eucariote și bacterii ar trebui să poată recunoaște diferiți promotori.
2. Este necesar ca enzimele să aibă o anumită reacție la diferite proteine ​​de reglementare.
3. ARN polimeraza ar trebui, de asemenea, să fie capabilă să modifice specificitatea recunoașterii secvenței de nucleotide a ADN-ului șablon. Pentru a face acest lucru, se utilizează o varietate de efectori de proteine.

Prin urmare, necesitatea organismului de a construi elemente suplimentare. Proteinele din complexul de transcripție ajută ARN polimeraza să funcționeze pe deplin. Acest lucru se aplică, mai ales, enzimelor cu structură complexă, ale căror capabilități implică implementarea unui program amplu de realizare a informațiilor genetice. Datorită diferitelor sarcini, putem observa o ierarhie specială a structurii ARN polimerazelor.

Cum are loc procesul de transcriere?

Există o genă responsabilă de asocierea cu ARN polimerază? În primul rând, despre transcriere: în eucariote, procesul are loc în nucleu. În prokaryotes, ea curge în interiorul microorganismului în sine. Interacțiunea dintre polimerază se bazează pe principiul structural fundamental al împerecherii complementare a moleculelor individuale. În ceea ce privește problemele de interacțiune, se poate spune că ADN-ul acționează exclusiv ca matrice și nu se schimbă în timpul transcrierii. Deoarece ADN-ul este o enzimă integrată, este sigur că o anumită genă este responsabilă pentru acest polimer, dar va fi foarte lungă. Nu trebuie uitat că ADN-ul conține 3,1 miliarde de resturi nucleotidice. Prin urmare, va fi mai potrivit să spunem că fiecare tip de ARN are propriul ADN. Pentru cursul reacției polimerazei sunt necesare surse de energie și substraturi de ribonucleotidă-trifosfat. Dacă sunt prezente, se formează legături 3 `, 5`-fosfodiesteru între monofosfații ribonucleozidici. Molecul ARN începe să fie sintetizat în anumite secvențe ADN (promotori). Acest proces se termină în secțiunile terminale (terminații). Site-ul, care este implicat aici, se numește transcripton. În eucariote, există de obicei doar o singură genă, în timp ce procarioții pot avea mai multe părți ale codului. Fiecare transcript are o zonă neinformativă. Acestea conțin secvențe specifice de nucleotide care interacționează cu factorii de transcripție reglatori menționați anterior.

ARN polimeraze bacteriene

În aceste microorganisme, o enzimă este responsabilă pentru sinteza mRNA, rRNA și tARN. Moleculă medie polimerazică are aproximativ 5 subunități. Două dintre ele acționează ca elemente obligatorii ale enzimei. O altă subunitate este implicată în inițierea sintezei. Există, de asemenea, o componentă enzimatică pentru legarea ADN nespecifică. Și ultima subunitate este implicată în aducerea ARN polimerazei într-o formă de lucru. Trebuie remarcat faptul că moleculele de enzime nu se află în "înotul" liber în citoplasma bacteriei. Când nu sunt utilizate ARN polimeraze, ele sunt legate de regiuni ADN nespecifice și așteaptă să fie descoperit un promotor activ. Un pic distras de la subiect, trebuie spus că bacteria este foarte convenabil pentru a studia proteinele și influența lor asupra polimerazei acidului ribonucleic. Este deosebit de convenabil pentru ei să experimenteze stimularea sau inhibarea elementelor individuale. Datorită ratei lor ridicate de reproducere, rezultatul dorit poate fi obținut relativ repede. Din păcate, cercetarea umană nu poate fi realizată într-un ritm atât de rapid datorită diversității noastre structurale.

Cum a polimerazei ARN "rădăcină" în diferite forme?

Astfel, articolul abordează concluzia logică. Principala atenție a fost acordată eucariotelor. Dar sunt arheii și viruși. Prin urmare, vreau să acord puțină atenție acestor forme de viață. În viața arheilor, există doar un singur grup de polimeraze ARN. Dar este foarte asemănătoare în proprietățile sale cu cele trei asociații de eucariote. Mulți oameni de știință speculează că ceea ce putem observa în arcași este de fapt un strămoș evolutiv al polimerazelor specializate. Structura virușilor este de asemenea interesantă. După cum sa raportat anterior, nu toate aceste microorganisme au polimeraza lor. Și unde este, este o subunitate. Se crede că enzimele virale provin din ADN polimeraze, mai degrabă decât din construcții ARN complexe. Deși datorită diversității acestui grup de microorganisme, se întâlnește o realizare diferită a mecanismului biologic în cauză.

concluzie

Din păcate, acum omenirea nu are încă toate informațiile necesare pentru înțelegerea genomului. Și numai unul ar putea face asta! Practic, toate bolile în baza lor au o bază genetică - aceasta se aplică în primul rând la virușii, care ne dau în mod constant probleme, la infecții și așa mai departe. Bolile cele mai complexe și incurabile - și ele, de fapt, depind direct sau indirect de genomul uman. Când învățăm să ne înțelegem și vom aplica bine această cunoaștere, un număr mare de probleme și boli vor înceta pur și simplu să existe. Deja multe boli cumplite, cum ar fi variola, ciuma, au devenit un lucru din trecut. Pregătește-te pentru a merge acolo, oreion, tuse convulsivă. Dar nu trebuie să vă relaxați, pentru că avem multe provocări diferite față de noi, cărora trebuie să le găsim răspunsul. Și el va fi găsit, pentru că totul se duce la asta.