Tutti coloro che studiano biologia molecolare, biochimica, ingegneria genetica e una serie di altre scienze correlate prima o poi si pongono la domanda: qual è la funzione della RNA polimerasi? Si tratta di un argomento piuttosto complesso, che non è ancora del tutto esplorato, ma ciò che è noto sarà comunque trattato nell'ambito dell'articolo.
Informazioni generali
È necessario ricordare che esiste una RNA polimerasi di eucarioti e procarioti. Il primo è ulteriormente suddiviso in tre tipi, ognuno dei quali è responsabile della trascrizione di un gruppo separato di geni. Questi enzimi sono numerati per semplicità come la prima, la seconda e la terza RNA polimerasi. Il procariota, la cui struttura è priva di nucleo, durante la trascrizione agisce secondo uno schema semplificato. Pertanto, per chiarezza, al fine di coprire quante più informazioni possibili, verranno presi in considerazione gli eucarioti. Le RNA polimerasi sono strutturalmente simili tra loro. Si ritiene che contengano almeno 10 catene polipeptidiche. Allo stesso tempo, l'RNA polimerasi 1 sintetizza (trascrive) geni che verranno successivamente tradotti in varie proteine. Il secondo è la trascrizione dei geni, che vengono successivamente tradotti in proteine. L'RNA polimerasi 3 è rappresentata da una varietà di enzimi stabili a basso peso molecolare che moderatamentesensibile all'alfa amatina. Ma non abbiamo deciso cosa sia l'RNA polimerasi! Questo è il nome degli enzimi coinvolti nella sintesi delle molecole di acido ribonucleico. In senso stretto, questo si riferisce alle RNA polimerasi dipendenti dal DNA che agiscono sulla base di uno stampo di acido desossiribonucleico. Gli enzimi sono di grande importanza per il funzionamento a lungo termine e di successo degli organismi viventi. Le RNA polimerasi si trovano in tutte le cellule e nella maggior parte dei virus.
Divisione per caratteristiche
A seconda della composizione della subunità, le RNA polimerasi sono divise in due gruppi:
- Il primo riguarda la trascrizione di un piccolo numero di geni in genomi semplici. Per il funzionamento in questo caso non sono necessarie complesse azioni normative. Pertanto, questo include tutti gli enzimi costituiti da una sola subunità. Un esempio è la RNA polimerasi dei batteriofagi e dei mitocondri.
- Questo gruppo include tutte le RNA polimerasi di eucarioti e batteri, che sono complesse. Sono complessi proteici multi-subunità che possono trascrivere migliaia di geni diversi. Durante il loro funzionamento, questi geni rispondono a un gran numero di segnali regolatori che provengono da fattori proteici e nucleotidi.
Una tale divisione strutturale-funzionale è una semplificazione molto condizionale e forte del reale stato delle cose.
Cosa fa l'RNA polimerasi?
A loro viene assegnata la funzione di formare primaritrascrizioni del gene rRNA, cioè sono le più importanti. Questi ultimi sono meglio conosciuti con la denominazione 45S-RNA. La loro lunghezza è di circa 13 mila nucleotidi. Da esso si formano 28S-RNA, 18S-RNA e 5,8S-RNA. A causa del fatto che viene utilizzato un solo trascrittore per crearli, il corpo riceve una "garanzia" che le molecole si formeranno in quantità uguali. Allo stesso tempo, vengono utilizzati solo 7mila nucleotidi per creare direttamente l'RNA. Il resto della trascrizione è degradato nel nucleo. Per quanto riguarda un residuo così grande, si ritiene che sia necessario per le prime fasi della formazione del ribosoma. Il numero di queste polimerasi nelle cellule degli esseri superiori oscilla intorno al segno di 40 mila unità.
Come è organizzato?
Quindi, abbiamo già considerato bene la prima RNA polimerasi (struttura procariotica della molecola). Allo stesso tempo, grandi subunità, così come un gran numero di altri polipeptidi ad alto peso molecolare, hanno domini funzionali e strutturali ben definiti. Durante la clonazione dei geni e la determinazione della loro struttura primaria, gli scienziati hanno identificato sezioni evolutivamente conservatrici delle catene. Usando una buona espressione, i ricercatori hanno anche effettuato l'analisi mutazionale, che ci permette di parlare del significato funzionale dei singoli domini. Per fare ciò, utilizzando la mutagenesi sito-diretta, i singoli amminoacidi sono stati modificati in catene polipeptidiche e tali subunità modificate sono state utilizzate nell'assemblaggio di enzimi con successiva analisi delle proprietà ottenute in questi costrutti. È stato notato che a causa della sua organizzazione, la prima RNA polimerasila presenza di alfa-amatina (una sostanza altamente tossica derivata dallo svasso pallido) non reagisce affatto.
Operazione
Sia la prima che la seconda RNA polimerasi possono esistere in due forme. Uno di loro può agire per avviare una trascrizione specifica. Il secondo è la RNA polimerasi dipendente dal DNA. Questa relazione si manifesta nella grandezza dell'attività di funzionamento. L'argomento è ancora in fase di studio, ma è già noto che dipende da due fattori di trascrizione, che sono designati come SL1 e UBF. La particolarità di quest'ultimo è che può legarsi direttamente al promotore, mentre SL1 richiede la presenza di UBF. Sebbene sia stato sperimentalmente trovato che la RNA polimerasi DNA-dipendente può partecipare alla trascrizione a un livello minimo e senza la presenza di quest'ultima. Ma per il normale funzionamento di questo meccanismo, l'UBF è ancora necessario. Perché esattamente? Finora non è stato possibile stabilire il motivo di questo comportamento. Una delle spiegazioni più popolari suggerisce che l'UBF agisce come una sorta di stimolatore della trascrizione dell'rDNA mentre cresce e si sviluppa. Quando si verifica la fase di riposo, viene mantenuto il livello di funzionamento minimo richiesto. E per lui la partecipazione dei fattori di trascrizione non è critica. Ecco come funziona l'RNA polimerasi. Le funzioni di questo enzima ci permettono di supportare il processo di riproduzione dei piccoli "mattoni" del nostro organismo, grazie ai quali viene costantemente aggiornato da decenni.
Secondo gruppo di enzimi
Il loro funzionamento è regolato dall'assemblaggio di un complesso multiproteico di pre-iniziazione di promotori di seconda classe. Molto spesso questo è espresso nel lavoro con proteine speciali - attivatori. Un esempio è TVR. Questi sono i fattori associati che fanno parte di TFIID. Sono obiettivi per p53, NF kappa B e così via. Anche le proteine, che sono chiamate coattivatori, esercitano la loro influenza nel processo di regolazione. Un esempio è GCN5. Perché sono necessarie queste proteine? Agiscono come adattatori che regolano l'interazione di attivatori e fattori inclusi nel complesso di pre-iniziazione. Affinché la trascrizione avvenga correttamente, è necessaria la presenza dei fattori scatenanti necessari. Nonostante ce ne siano sei, solo uno può interagire direttamente con il promotore. Per altri casi, è necessario un secondo complesso di RNA polimerasi preformato. Inoltre, durante questi processi, gli elementi prossimali sono vicini: solo 50-200 paia dal sito in cui è iniziata la trascrizione. Contengono un'indicazione del legame delle proteine attivatrici.
Caratteristiche speciali
La struttura delle subunità di enzimi di diversa origine influisce sul loro ruolo funzionale nella trascrizione? Non esiste una risposta esatta a questa domanda, ma si ritiene che sia molto probabilmente positiva. In che modo l'RNA polimerasi dipende da questo? Le funzioni degli enzimi di struttura semplice sono la trascrizione di una gamma limitata di geni (o anche di loro piccole parti). Un esempio è la sintesi di primer di RNA di frammenti di Okazaki. La specificità del promotore dell'RNA polimerasi di batteri e fagi è che gli enzimi hanno una struttura semplice e non differiscono nella diversità. Questo può essere visto nel processo di replicazione del DNA nei batteri. Sebbene si possa anche considerare questo: quando è stata studiata la struttura complessa del genoma di un fago T pari, durante lo sviluppo della quale è stato notato il passaggio di trascrizioni multiple tra diversi gruppi di geni, è stato rivelato che è stata utilizzata una RNA polimerasi ospite complessa per questo. Cioè, in questi casi non viene indotto un semplice enzima. Ne conseguono una serie di conseguenze:
- L'RNA polimerasi eucariotica e batterica dovrebbe essere in grado di riconoscere diversi promotori.
- È necessario che gli enzimi abbiano una certa risposta a diverse proteine regolatrici.
- RNA polimerasi dovrebbe anche essere in grado di modificare la specificità del riconoscimento della sequenza nucleotidica del DNA stampo. Per questo vengono utilizzati vari effettori proteici.
La
Da qui segue la necessità del corpo di ulteriori elementi di "costruzione". Le proteine del complesso di trascrizione aiutano la RNA polimerasi a svolgere pienamente le sue funzioni. Ciò si applica, nella misura massima, agli enzimi di una struttura complessa, nelle cui possibilità l'attuazione di un ampio programma per l'attuazione dell'informazione genetica. Grazie a vari compiti, possiamo osservare una sorta di gerarchia nella struttura delle RNA polimerasi.
Come funziona il processo di trascrizione?
C'è un gene responsabile della comunicazione conRNA polimerasi? Innanzitutto, sulla trascrizione: negli eucarioti, il processo avviene nel nucleo. Nei procarioti, avviene all'interno del microrganismo stesso. L'interazione della polimerasi si basa sul principio strutturale fondamentale dell'accoppiamento complementare delle singole molecole. Per quanto riguarda i problemi di interazione, possiamo dire che il DNA agisce esclusivamente come modello e non cambia durante la trascrizione. Poiché il DNA è un enzima integrale, è possibile affermare con certezza che un particolare gene è responsabile di questo polimero, ma sarà molto lungo. Non va dimenticato che il DNA contiene 3,1 miliardi di residui di nucleotidi. Pertanto, sarebbe più appropriato dire che ogni tipo di RNA è responsabile del proprio DNA. Affinché la reazione della polimerasi proceda, sono necessarie fonti di energia e substrati di ribonucleoside trifosfato. In loro presenza, si formano legami 3', 5'-fosfodiestere tra i monofosfati ribonucleosidici. La molecola di RNA inizia ad essere sintetizzata in alcune sequenze di DNA (promotori). Questo processo termina nelle sezioni finali (terminazione). Il sito che è coinvolto qui è chiamato trascrizione. Negli eucarioti, di regola, qui c'è solo un gene, mentre i procarioti possono avere diverse sezioni del codice. Ogni trascrizione ha una zona non informativa. Contengono sequenze nucleotidiche specifiche che interagiscono con i fattori di trascrizione regolatori menzionati in precedenza.
RNA polimerasi batteriche
Questimicrorganismi un enzima è responsabile della sintesi di mRNA, rRNA e tRNA. La molecola media della polimerasi ha circa 5 subunità. Due di loro agiscono come elementi leganti dell'enzima. Un' altra subunità è coinvolta nell'inizio della sintesi. C'è anche un componente enzimatico per il legame non specifico al DNA. E l'ultima subunità è coinvolta nel portare l'RNA polimerasi in una forma funzionante. Va notato che le molecole enzimatiche non sono "libere" che galleggiano nel citoplasma batterico. Quando non sono in uso, le RNA polimerasi si legano a regioni non specifiche del DNA e aspettano l'apertura di un promotore attivo. Divagando leggermente dall'argomento, va detto che è molto conveniente studiare le proteine e il loro effetto sulle polimerasi dell'acido ribonucleico sui batteri. È particolarmente conveniente sperimentarli per stimolare o sopprimere i singoli elementi. A causa della loro elevata velocità di moltiplicazione, il risultato desiderato può essere ottenuto in tempi relativamente brevi. Purtroppo, la ricerca umana non può procedere a un ritmo così rapido a causa della nostra diversità strutturale.
In che modo l'RNA polimerasi "ha messo radici" in diverse forme?
Questo articolo sta arrivando alla sua logica conclusione. Il focus era sugli eucarioti. Ma ci sono anche archei e virus. Pertanto, vorrei prestare un po' di attenzione a queste forme di vita. Nella vita degli archaea esiste un solo gruppo di RNA polimerasi. Ma è estremamente simile nelle sue proprietà alle tre associazioni degli eucarioti. Molti scienziati hanno suggerito che ciò che possiamo osservare negli archaea lo è in re altàantenato evolutivo delle polimerasi specializzate. Anche la struttura dei virus è interessante. Come accennato in precedenza, non tutti questi microrganismi hanno la propria polimerasi. E dov'è, è una singola subunità. Si pensa che gli enzimi virali derivino da DNA polimerasi piuttosto che da complessi costrutti di RNA. Sebbene, a causa della diversità di questo gruppo di microrganismi, ci siano diverse implementazioni del meccanismo biologico considerato.
Conclusione
Purtroppo, in questo momento l'umanità non ha ancora tutte le informazioni necessarie per comprendere il genoma. E cosa si potrebbe fare! Quasi tutte le malattie hanno fondamentalmente una base genetica: questo vale principalmente per i virus che ci causano costantemente problemi, infezioni e così via. Anche le malattie più complesse e incurabili sono, infatti, direttamente o indirettamente dipendenti dal genoma umano. Quando impariamo a capire noi stessi e ad applicare questa conoscenza a nostro vantaggio, un gran numero di problemi e malattie cesserà semplicemente di esistere. Molte malattie precedentemente terribili, come il vaiolo e la peste, sono già diventate un ricordo del passato. Prepararsi ad andarci orecchioni, pertosse. Ma non dovremmo rilassarci, perché dobbiamo ancora affrontare un gran numero di sfide diverse a cui è necessario rispondere. E sarà trovato, perché tutto sta andando verso questo.
