Të gjithë ata që studiojnë biologjinë molekulare, biokiminë, inxhinierinë gjenetike dhe një sërë shkencash të tjera të lidhura herët a vonë shtrojnë pyetjen: cili është funksioni i ARN polimerazës? Kjo është një temë mjaft komplekse, e cila ende nuk është eksploruar plotësisht, por, megjithatë, ajo që dihet do të trajtohet në kuadrin e artikullit.
Informacion i përgjithshëm
Është e nevojshme të mbani mend se ekziston një polimerazë ARN e eukarioteve dhe prokariotëve. E para ndahet më tej në tre lloje, secila prej të cilave është përgjegjëse për transkriptimin e një grupi të veçantë gjenesh. Këto enzima numërohen për thjeshtësi si polimerazat e ARN-së së parë, të dytë dhe të tretë. Prokarioti, struktura e të cilit është pa bërthama, gjatë transkriptimit vepron sipas një skeme të thjeshtuar. Prandaj, për qartësi, për të mbuluar sa më shumë informacion të jetë e mundur, do të merren parasysh eukariotët. ARN polimerazat janë strukturalisht të ngjashme me njëra-tjetrën. Besohet se ato përmbajnë të paktën 10 zinxhirë polipeptidikë. Në të njëjtën kohë, ARN polimeraza 1 sintetizon (transkripton) gjenet që më pas do të përkthehen në proteina të ndryshme. E dyta është transkriptimi i gjeneve, të cilat më pas përkthehen në proteina. ARN polimeraza 3 përfaqësohet nga një sërë enzimash të qëndrueshme me peshë molekulare të ulët që mesatarishti ndjeshëm ndaj alfa amatinës. Por ne nuk kemi vendosur se çfarë është ARN polimeraza! Ky është emri i enzimave që janë të përfshira në sintezën e molekulave të acidit ribonukleik. Në një kuptim të ngushtë, kjo i referohet polimerazave ARN të varura nga ADN-ja që veprojnë në bazë të një shablloni të acidit deoksiribonukleik. Enzimat kanë një rëndësi të madhe për funksionimin afatgjatë dhe të suksesshëm të organizmave të gjallë. ARN polimerazat gjenden në të gjitha qelizat dhe në shumicën e viruseve.
Ndarja sipas veçorive
Në varësi të përbërjes së nënnjësisë, ARN polimerazat ndahen në dy grupe:
- E para merret me transkriptimin e një numri të vogël gjenesh në gjenomet e thjeshta. Për funksionimin në këtë rast, nuk kërkohen veprime komplekse rregullatore. Prandaj, kjo përfshin të gjitha enzimat që përbëhen nga vetëm një nënnjësi. Një shembull është ARN polimeraza e bakteriofagëve dhe mitokondrive.
- Ky grup përfshin të gjitha ARN polimerazat e eukarioteve dhe baktereve, të cilat janë komplekse. Ato janë komplekse të ndërlikuara proteinike me shumë nën-njësi që mund të transkriptojnë mijëra gjene të ndryshme. Gjatë funksionimit të tyre, këto gjene i përgjigjen një numri të madh sinjalesh rregullatore që vijnë nga faktorët proteinikë dhe nukleotidet.
Një ndarje e tillë strukturore-funksionale është një thjeshtësim shumë i kushtëzuar dhe i fortë i gjendjes reale të punëve.
Çfarë bën ARN polimeraza?
Atyre u caktohet funksioni i formimit të parësorTranskriptet e gjenit rRNA, domethënë ato janë më të rëndësishmet. Këto të fundit njihen më mirë me emërtimin 45S-ARN. Gjatësia e tyre është afërsisht 13 mijë nukleotide. Prej saj formohen 28S-ARN, 18S-ARN dhe 5,8S-ARN. Për shkak të faktit se vetëm një transkriptor përdoret për t'i krijuar ato, trupi merr një "garanci" që molekulat do të formohen në sasi të barabarta. Në të njëjtën kohë, vetëm 7 mijë nukleotide përdoren për të krijuar drejtpërdrejt ARN. Pjesa tjetër e transkriptit degradohet në bërthamë. Lidhur me një mbetje kaq të madhe, ekziston një mendim se është e nevojshme për fazat e hershme të formimit të ribozomit. Numri i këtyre polimerazave në qelizat e qenieve më të larta luhatet rreth 40 mijë njësive.
Si është organizuar?
Pra, ne kemi konsideruar tashmë mirë polimerazën e parë të ARN (struktura prokariote e molekulës). Në të njëjtën kohë, nënnjësitë e mëdha, si dhe një numër i madh i polipeptideve të tjera me peshë të lartë molekulare, kanë domene funksionale dhe strukturore të mirëpërcaktuara. Gjatë klonimit të gjeneve dhe përcaktimit të strukturës së tyre parësore, shkencëtarët identifikuan seksione konservatore evolucionare të zinxhirëve. Duke përdorur shprehje të mirë, studiuesit kryen gjithashtu analiza mutacionale, e cila na lejon të flasim për rëndësinë funksionale të fushave individuale. Për ta bërë këtë, duke përdorur mutagjenezën e drejtuar nga vendi, aminoacidet individuale u ndryshuan në zinxhirët polipeptidikë, dhe nën-njësi të tilla të modifikuara u përdorën në montimin e enzimave me analizën e mëvonshme të vetive që u përftuan në këto konstruksione. U vu re se për shkak të organizimit të saj, ARN polimeraza e parë nëprania e alfa-amatinës (një substancë shumë toksike që rrjedh nga gryka e zbehtë) nuk reagon fare.
Operacioni
Si polimeraza e parë dhe e dytë ARN mund të ekzistojnë në dy forma. Njëri prej tyre mund të veprojë për të nisur një transkriptim specifik. E dyta është ARN polimeraza e varur nga ADN-ja. Kjo marrëdhënie manifestohet në madhësinë e aktivitetit të funksionimit. Tema është ende nën hetim, por tashmë dihet se varet nga dy faktorë transkriptimi, të cilët janë përcaktuar si SL1 dhe UBF. E veçanta e këtij të fundit është se mund të lidhet drejtpërdrejt me promotorin, ndërsa SL1 kërkon praninë e UBF. Edhe pse eksperimentalisht u zbulua se ARN polimeraza e varur nga ADN-ja mund të marrë pjesë në transkriptim në një nivel minimal dhe pa praninë e kësaj të fundit. Por për funksionimin normal të këtij mekanizmi nevojitet ende UBF. Pse pikërisht? Deri më tani, nuk është bërë e mundur të përcaktohet arsyeja e kësaj sjelljeje. Një nga shpjegimet më të njohura sugjeron që UBF vepron si një lloj stimuluesi i transkriptimit të rADN-së ndërsa rritet dhe zhvillohet. Kur ndodh faza e pushimit, niveli minimal i kërkuar i funksionimit mbahet. Dhe për të, pjesëmarrja e faktorëve të transkriptimit nuk është kritike. Kështu funksionon ARN polimeraza. Funksionet e kësaj enzime na lejojnë të mbështesim procesin e riprodhimit të "blloqeve ndërtuese" të vogla të trupit tonë, falë të cilave ai përditësohet vazhdimisht për dekada.
Grupi i dytë i enzimave
Funksionimi i tyre rregullohet nga montimi i një kompleksi para-inicues multiproteinik të promotorëve të klasës së dytë. Më shpesh kjo shprehet në punën me proteina speciale - aktivizues. Një shembull është TVR. Këta janë faktorët shoqërues që janë pjesë e TFIID. Ato janë objektiva për p53, NF kappa B e kështu me radhë. Proteinat, të cilat quhen koaktivizues, gjithashtu ushtrojnë ndikimin e tyre në procesin e rregullimit. Një shembull është GCN5. Pse nevojiten këto proteina? Ata veprojnë si përshtatës që rregullojnë ndërveprimin e aktivizuesve dhe faktorëve që përfshihen në kompleksin e para-nisjes. Në mënyrë që transkriptimi të ndodhë në mënyrë korrekte, është e nevojshme prania e faktorëve të nevojshëm inicues. Përkundër faktit se janë gjashtë prej tyre, vetëm njëri mund të ndërveprojë drejtpërdrejt me promovuesin. Për raste të tjera, nevojitet një kompleks i paraformuar i ARN polimerazës së dytë. Për më tepër, gjatë këtyre proceseve, elementët proksimal janë afër - vetëm 50-200 çifte nga vendi ku filloi transkriptimi. Ato përmbajnë një tregues të lidhjes së proteinave aktivizuese.
Veçori të veçanta
A ndikon struktura e nënnjësive të enzimave me origjinë të ndryshme në rolin e tyre funksional në transkriptim? Nuk ka përgjigje të saktë për këtë pyetje, por besohet se ka shumë të ngjarë pozitive. Si varet ARN polimeraza nga kjo? Funksionet e enzimave të një strukture të thjeshtë janë transkriptimi i një game të kufizuar gjenesh (ose edhe pjesë të vogla të tyre). Një shembull është sinteza e abetareve të ARN-së të fragmenteve Okazaki. Specifikimi promotor i ARN polimerazës së baktereve dhe fagëve është se enzimat kanë një strukturë të thjeshtë dhe nuk ndryshojnë në diversitet. Kjo mund të shihet në procesin e replikimit të ADN-së në baktere. Megjithëse mund të merret parasysh edhe kjo: kur u studiua struktura komplekse e gjenomit të një fagu T të barabartë, gjatë zhvillimit të të cilit u vu re ndërrimi i shumëfishtë i transkriptimit midis grupeve të ndryshme të gjeneve, u zbulua se u përdor një polimerazë komplekse e ARN-së së bujtësit. për këtë. Domethënë, një enzimë e thjeshtë nuk induktohet në raste të tilla. Nga kjo rrjedhin një sërë pasojash:
- ARN polimeraza eukariote dhe bakteriale duhet të jetë në gjendje të njohë nxitës të ndryshëm.
- Është e nevojshme që enzimat të kenë një përgjigje të caktuar ndaj proteinave të ndryshme rregullatore.
- ARN polimeraza duhet gjithashtu të jetë në gjendje të ndryshojë specifikën e njohjes së sekuencës nukleotide të ADN-së shabllon. Për këtë përdoren efektorë të ndryshëm proteinash.
Nga këtu vjen nevoja e trupit për elementë shtesë "ndërtues". Proteinat e kompleksit të transkriptimit ndihmojnë ARN polimerazën të kryejë plotësisht funksionet e saj. Kjo vlen, në masën më të madhe, për enzimat me strukturë komplekse, në mundësitë e të cilave zbatohet një program i gjerë për zbatimin e informacionit gjenetik. Falë detyrave të ndryshme, ne mund të vëzhgojmë një lloj hierarkie në strukturën e ARN polimerazave.
Si funksionon procesi i transkriptimit?
A ka një gjen përgjegjës për komunikimin meARN polimeraza? Së pari, në lidhje me transkriptimin: në eukariotët, procesi ndodh në bërthamë. Në prokariotët, ajo zhvillohet brenda vetë mikroorganizmit. Ndërveprimi i polimerazës bazohet në parimin themelor strukturor të çiftëzimit plotësues të molekulave individuale. Në lidhje me çështjet e ndërveprimit, mund të themi se ADN-ja vepron ekskluzivisht si shabllon dhe nuk ndryshon gjatë transkriptimit. Meqenëse ADN-ja është një enzimë integrale, mund të thuhet me siguri se një gjen i veçantë është përgjegjës për këtë polimer, por do të jetë shumë i gjatë. Nuk duhet harruar se ADN-ja përmban 3.1 miliardë mbetje nukleotide. Prandaj, do të ishte më e përshtatshme të thuhet se çdo lloj ARN është përgjegjës për ADN-në e vet. Që reaksioni i polimerazës të vazhdojë, nevojiten burime energjie dhe substrate trifosfate ribonukleozide. Në prani të tyre, midis monofosfateve ribonukleozide formohen lidhje 3', 5'-fosfodiester. Molekula e ARN-së fillon të sintetizohet në sekuenca të caktuara të ADN-së (promotorë). Ky proces përfundon në seksionet përfundimtare (përfundimi). Vendi që përfshihet këtu quhet transkripton. Në eukariotët, si rregull, ekziston vetëm një gjen këtu, ndërsa prokariotët mund të kenë disa seksione të kodit. Çdo transkripton ka një zonë jo-informative. Ato përmbajnë sekuenca specifike nukleotide që ndërveprojnë me faktorët rregullator të transkriptimit të përmendur më parë.
ARN polimeraza bakteriale
Këtomikroorganizmat një enzimë është përgjegjëse për sintezën e mRNA, rARN dhe tARN. Molekula mesatare e polimerazës ka afërsisht 5 nënnjësi. Dy prej tyre veprojnë si elementë lidhës të enzimës. Një nënnjësi tjetër është e përfshirë në fillimin e sintezës. Ekziston gjithashtu një përbërës enzimë për lidhjen jo specifike me ADN-në. Dhe nën-njësia e fundit është e përfshirë në sjelljen e ARN polimerazës në një formë pune. Duhet të theksohet se molekulat e enzimës nuk janë "të lira" që notojnë në citoplazmën bakteriale. Kur nuk përdoren, ARN polimerazat lidhen me rajone jo specifike të ADN-së dhe presin që një promotor aktiv të hapet. Duke u larguar pak nga tema, duhet thënë se është shumë i përshtatshëm për të studiuar proteinat dhe efektin e tyre në polimerazat e acidit ribonukleik mbi bakteret. Është veçanërisht i përshtatshëm për të eksperimentuar mbi to për të stimuluar ose shtypur elementë individualë. Për shkak të shkallës së tyre të lartë të shumëzimit, rezultati i dëshiruar mund të merret relativisht shpejt. Mjerisht, kërkimet njerëzore nuk mund të vazhdojnë me një ritëm kaq të shpejtë për shkak të diversitetit tonë strukturor.
Si "rrënjëzoi" ARN polimeraza në forma të ndryshme?
Ky artikull po vjen në përfundimin e tij logjik. Fokusi ishte te eukariotët. Por ka edhe arkea dhe viruse. Prandaj, do të doja t'u kushtoja pak vëmendje këtyre formave të jetës. Në jetën e arkeave, ekziston vetëm një grup polimerazash ARN. Por është jashtëzakonisht i ngjashëm në vetitë e tij me tre shoqatat e eukarioteve. Shumë shkencëtarë kanë sugjeruar se ajo që ne mund të vëzhgojmë në arkea është në të vërtetëparaardhësi evolucionar i polimerazave të specializuara. Struktura e viruseve është gjithashtu interesante. Siç u përmend më parë, jo të gjithë mikroorganizmat e tillë kanë polimerazën e tyre. Dhe aty ku është, është një nënnjësi e vetme. Enzimat virale mendohet se rrjedhin nga polimerazat e ADN-së dhe jo nga konstruksionet komplekse të ARN-së. Megjithëse, për shkak të diversitetit të këtij grupi mikroorganizmash, ekzistojnë zbatime të ndryshme të mekanizmit biologjik të konsideruar.
Përfundim
Mjerisht, tani njerëzimi nuk ka ende të gjithë informacionin e nevojshëm për të kuptuar gjenomin. Dhe çfarë mund të bëhet! Pothuajse të gjitha sëmundjet në thelb kanë një bazë gjenetike - kjo vlen kryesisht për viruset që vazhdimisht na shkaktojnë probleme, për infeksionet, etj. Sëmundjet më komplekse dhe të pashërueshme janë gjithashtu, në fakt, të varura drejtpërdrejt ose tërthorazi nga gjenomi njerëzor. Kur mësojmë të kuptojmë veten dhe ta zbatojmë këtë njohuri në avantazhin tonë, një numër i madh problemesh dhe sëmundjesh thjesht do të pushojnë së ekzistuari. Shumë sëmundje të tmerrshme më parë, si lija dhe murtaja, tashmë janë bërë një gjë e së kaluarës. Përgatitja për të shkuar atje shytat, kollë e mirë. Por ne nuk duhet të relaksohemi, sepse ende përballemi me një numër të madh sfidash të ndryshme që duhet të marrin përgjigje. Dhe ai do të gjendet, sepse gjithçka po shkon drejt kësaj.
