Molekulyar biologiya, biokimyo, genetik injeneriya va boshqa bir qator tegishli fanlarni o'rganayotgan har bir kishi ertami-kechmi savol beradi: RNK polimeraza qanday vazifani bajaradi? Bu juda murakkab mavzu, hali toʻliq oʻrganilmagan, ammo shunga qaramay, maʼlum boʻlgan narsalar maqola doirasida yoritiladi.
Umumiy ma'lumot
Eukariotlar va prokariotlarning RNK polimeraza mavjudligini yodda tutish kerak. Birinchisi yana uchta turga bo'linadi, ularning har biri alohida genlar guruhining transkripsiyasi uchun javobgardir. Bu fermentlar soddaligi uchun birinchi, ikkinchi va uchinchi RNK polimerazalari sifatida raqamlangan. Tuzilishi yadrosiz bo'lgan prokariot transkripsiya paytida soddalashtirilgan sxema bo'yicha harakat qiladi. Shuning uchun, aniqlik uchun, iloji boricha ko'proq ma'lumotni qamrab olish uchun eukaryotlar ko'rib chiqiladi. RNK polimerazalari tuzilish jihatidan bir-biriga o'xshash. Ularda kamida 10 ta polipeptid zanjiri borligiga ishoniladi. Shu bilan birga, RNK polimeraza 1 keyinchalik turli oqsillarga aylanadigan genlarni sintez qiladi (transkripsiya qiladi). Ikkinchisi - genlarni transkripsiyalash, keyinchalik ular oqsillarga aylanadi. RNK polimeraza 3 turli xil past molekulyar og'irlikdagi barqaror fermentlar bilan ifodalanadi, ular o'rtacha darajada.alfa amatinga sezgir. Ammo biz RNK polimeraza nima ekanligini hal qilmadik! Bu ribonuklein kislota molekulalarini sintez qilishda ishtirok etuvchi fermentlarning nomi. Tor ma'noda bu dezoksiribonuklein kislotasi shabloniga asoslangan DNKga bog'liq RNK polimerazalarni nazarda tutadi. Fermentlar tirik organizmlarning uzoq muddatli va muvaffaqiyatli faoliyati uchun katta ahamiyatga ega. RNK polimerazalari barcha hujayralarda va ko'pchilik viruslarda uchraydi.
Xususiyatlar boʻyicha boʻlinish
Subbirlik tarkibiga qarab RNK polimerazalar ikki guruhga bo'linadi:
- Birinchisi oddiy genomlardagi oz sonli genlarning transkripsiyasi bilan bogʻliq. Bunday holda ishlash uchun murakkab tartibga solish choralari talab qilinmaydi. Shuning uchun bu faqat bitta subbirlikdan tashkil topgan barcha fermentlarni o'z ichiga oladi. Bunga bakteriofaglar va mitoxondriyalarning RNK polimerazasini misol qilib keltirish mumkin.
- Bu guruhga murakkab boʻlgan eukariotlar va bakteriyalarning barcha RNK polimerazalari kiradi. Ular minglab turli genlarni transkripsiya qila oladigan murakkab ko'p subbirlikli oqsil komplekslari. O'z faoliyati davomida bu genlar oqsil omillari va nukleotidlardan kelib chiqadigan ko'p sonli tartibga soluvchi signallarga javob beradi.
Bunday tarkibiy-funktsional boʻlinish ishlarning real holatini juda shartli va kuchli soddalashtirishdir.
RNK polimeraza nima qiladi?
Ularga birlamchi shakllantirish funktsiyasi berilganrRNK gen transkriptlari, ya'ni ular eng muhim hisoblanadi. Ikkinchisi 45S-RNK belgisi ostida yaxshi ma'lum. Ularning uzunligi taxminan 13 ming nukleotidni tashkil qiladi. Undan 28S-RNK, 18S-RNK va 5,8S-RNK hosil boʻladi. Ularni yaratish uchun faqat bitta transkriptor ishlatilganligi sababli, tana molekulalarning teng miqdorda hosil bo'lishiga "kafolat" oladi. Shu bilan birga, to'g'ridan-to'g'ri RNK yaratish uchun faqat 7 ming nukleotid ishlatiladi. Transkriptning qolgan qismi yadroda buziladi. Bunday katta qoldiqga kelsak, bu ribosoma shakllanishining dastlabki bosqichlari uchun zarur degan fikr mavjud. Yuqori mavjudotlar hujayralaridagi bu polimerazalarning soni 40 ming birlik atrofida o'zgarib turadi.
Bu qanday tashkil etilgan?
Shunday qilib, biz allaqachon birinchi RNK polimerazasini (molekulaning prokaryotik tuzilishi) yaxshi ko'rib chiqdik. Shu bilan birga, katta subbirliklar, shuningdek, ko'p miqdordagi boshqa yuqori molekulyar polipeptidlar aniq belgilangan funktsional va strukturaviy sohalarga ega. Genlarni klonlash va ularning birlamchi tuzilishini aniqlash jarayonida olimlar zanjirlarning evolyutsion jihatdan konservativ bo‘limlarini aniqladilar. Yaxshi ifodadan foydalanib, tadqiqotchilar mutatsion tahlilni ham amalga oshirdilar, bu bizga alohida domenlarning funktsional ahamiyati haqida gapirish imkonini beradi. Buning uchun saytga yo'n altirilgan mutagenez yordamida polipeptid zanjirlarida alohida aminokislotalar o'zgartirildi va bunday o'zgartirilgan bo'linmalar fermentlarni yig'ishda foydalanildi va keyinchalik ushbu konstruktsiyalarda olingan xususiyatlarni tahlil qildi. Ta'kidlanishicha, uning tashkil etilishi tufayli birinchi RNK polimeraza ishlaydialfa-amatinning mavjudligi (qudratli grebedan olingan juda zaharli modda) umuman reaksiyaga kirishmaydi.
Operatsiya
Birinchi va ikkinchi RNK polimerazalari ikki shaklda bo'lishi mumkin. Ulardan biri maxsus transkripsiyani boshlash uchun harakat qilishi mumkin. Ikkinchisi DNKga bog'liq RNK polimeraza. Bu bog'liqlik faoliyat faolligining kattaligida namoyon bo'ladi. Mavzu hali ham tekshirilmoqda, ammo u SL1 va UBF sifatida belgilangan ikkita transkripsiya omiliga bog'liqligi allaqachon ma'lum. Ikkinchisining o'ziga xosligi shundaki, u to'g'ridan-to'g'ri promouterga bog'lanishi mumkin, SL1 esa UBF mavjudligini talab qiladi. Eksperimental ravishda DNKga bog'liq RNK polimeraza transkripsiyada minimal darajada va uning ishtirokisiz ishtirok etishi aniqlangan. Ammo bu mexanizmning normal ishlashi uchun UBF hali ham kerak. Nima uchun aynan? Hozircha bu xatti-harakatning sababini aniqlash mumkin emas. Eng mashhur tushuntirishlardan biri shuni ko'rsatadiki, UBF o'sishi va rivojlanishi bilan bir xil rDNK transkripsiyasi stimulyatori sifatida ishlaydi. Dam olish bosqichi sodir bo'lganda, ishlashning minimal talab qilinadigan darajasi saqlanadi. Va uning uchun transkripsiya omillarining ishtiroki muhim emas. RNK polimeraza shunday ishlaydi. Ushbu fermentning funktsiyalari tanamizning kichik "qurilish bloklari" ni ko'paytirish jarayonini qo'llab-quvvatlashga imkon beradi, buning natijasida u o'nlab yillar davomida doimiy ravishda yangilanadi.
Ikkinchi guruh fermentlari
Ularning faoliyati ikkinchi toifadagi promotorlarning ko'p proteinli boshlang'ich kompleksini yig'ish orqali tartibga solinadi. Ko'pincha bu maxsus oqsillar - aktivatorlar bilan ishlashda ifodalanadi. Bunga TVR misol bo'la oladi. Bular TFIIDning bir qismi bo'lgan bog'liq omillar. Ular p53, NF kappa B va boshqalar uchun nishonlardir. Koaktivatorlar deb ataladigan oqsillar ham tartibga solish jarayonida o'z ta'sirini ko'rsatadi. Bunga misol GCN5. Nima uchun bu oqsillar kerak? Ular aktivatorlar va boshlang'ichdan oldingi kompleksga kiritilgan omillarning o'zaro ta'sirini sozlaydigan adapter sifatida ishlaydi. Transkripsiyaning to'g'ri sodir bo'lishi uchun zarur boshlang'ich omillarning mavjudligi zarur. Ulardan oltitasi bo'lishiga qaramay, faqat bittasi promouter bilan bevosita aloqada bo'lishi mumkin. Boshqa holatlar uchun oldindan tuzilgan ikkinchi RNK polimeraza kompleksi kerak. Bundan tashqari, ushbu jarayonlarda proksimal elementlar yaqin joyda joylashgan - transkripsiya boshlangan joydan atigi 50-200 juft. Ular faollashtiruvchi oqsillarning bog‘lanishini ko‘rsatadi.
Maxsus funksiyalar
Turli xil kelib chiqqan fermentlarning subbirlik tuzilishi ularning transkripsiyadagi funktsional roliga ta'sir qiladimi? Bu savolga aniq javob yo'q, ammo bu ijobiy bo'lishi mumkin deb ishoniladi. RNK polimeraza bunga qanday bog'liq? Oddiy tuzilishga ega fermentlarning funktsiyalari cheklangan miqdordagi genlarning (yoki hatto ularning kichik qismlarining) transkripsiyasidir. Bunga misol qilib Okazaki fragmentlarining RNK primerlarini sintez qilish mumkin. Bakteriyalar va faglarning RNK polimerazasining promotor o'ziga xosligi shundaki, fermentlar oddiy tuzilishga ega va xilma-xilligi bilan farq qilmaydi. Buni bakteriyalarda DNK replikatsiyasi jarayonida ko'rish mumkin. Buni ham ko'rib chiqish mumkin bo'lsa-da: teng T-fag genomining murakkab tuzilishi o'rganilganda, uni ishlab chiqish jarayonida turli xil gen guruhlari o'rtasida ko'p transkripsiya almashinuvi qayd etilgan bo'lsa-da, murakkab xost RNK polimeraza ishlatilganligi aniqlandi. Buning uchun. Ya'ni, bunday hollarda oddiy ferment induktsiya qilinmaydi. Bundan bir qancha oqibatlar kelib chiqadi:
- Eukaryotik va bakterial RNK polimeraza turli promotorlarni taniy olishi kerak.
- Fermentlar turli tartibga soluvchi oqsillarga ma'lum javob berishi kerak.
- RNK polimeraza DNK shablonining nukleotidlar ketma-ketligini tan olishning o'ziga xosligini ham o'zgartirishi kerak. Buning uchun turli xil protein effektorlari qo'llaniladi.
Bu yerdan tananing qo'shimcha "qurilish" elementlariga bo'lgan ehtiyoji kelib chiqadi. Transkripsiya kompleksining oqsillari RNK polimeraza o'z vazifalarini to'liq bajarishiga yordam beradi. Bu, eng katta darajada, genetik ma'lumotni amalga oshirish bo'yicha keng qamrovli dasturni amalga oshirish imkoniyati bo'lgan murakkab tuzilishdagi fermentlarga taalluqlidir. Turli vazifalar tufayli biz RNK polimerazalarining tuzilishida qandaydir ierarxiyani kuzatishimiz mumkin.
Transkripsiya jarayoni qanday ishlaydi?
U bilan aloqa qilish uchun mas'ul gen bormi?RNK polimeraza? Birinchidan, transkripsiya haqida: eukariotlarda jarayon yadroda sodir bo'ladi. Prokaryotlarda u mikroorganizmning o'zida sodir bo'ladi. Polimerazalarning o'zaro ta'siri alohida molekulalarning bir-birini to'ldiruvchi juftlashuvining asosiy strukturaviy printsipiga asoslanadi. O'zaro ta'sir masalalariga kelsak, aytishimiz mumkinki, DNK faqat shablon sifatida ishlaydi va transkripsiya paytida o'zgarmaydi. DNK ajralmas ferment bo'lganligi sababli, bu polimer uchun ma'lum bir gen mas'ul ekanligini aniq aytish mumkin, ammo bu juda uzoq bo'ladi. Shuni unutmaslik kerakki, DNKda 3,1 milliard nukleotid qoldiqlari mavjud. Shuning uchun RNKning har bir turi o'z DNKsi uchun javob beradi, deyish to'g'riroq bo'ladi. Polimeraza reaktsiyasi davom etishi uchun energiya manbalari va ribonukleozid trifosfat substratlari kerak. Ularning ishtirokida ribonukleozid monofosfatlar orasida 3', 5'-fosfodiester bog'lar hosil bo'ladi. RNK molekulasi ma'lum DNK ketma-ketlikda (promotorlar) sintezlana boshlaydi. Bu jarayon tugatish bo'limlarida (tugatish) tugaydi. Bu yerda ishtirok etadigan sayt transkripton deb ataladi. Eukaryotlarda, qoida tariqasida, bu erda faqat bitta gen mavjud, prokaryotlarda esa kodning bir nechta bo'limlari bo'lishi mumkin. Har bir transkriptonda informatsion bo'lmagan zona mavjud. Ular yuqorida aytib o'tilgan tartibga soluvchi transkripsiya omillari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi maxsus nukleotidlar ketma-ketligini o'z ichiga oladi.
Bakterial RNK polimerazalari
Bularmikroorganizmlar bitta ferment mRNK, rRNK va tRNK sintezi uchun javobgardir. O'rtacha polimeraza molekulasi taxminan 5 ta subbirlikdan iborat. Ulardan ikkitasi fermentning bog'lovchi elementlari sifatida ishlaydi. Sintezning boshlanishida yana bir bo'linma ishtirok etadi. DNK bilan o'ziga xos bo'lmagan bog'lanish uchun ferment komponenti ham mavjud. Va oxirgi subbirlik RNK polimerazasini ishchi shaklga keltirishda ishtirok etadi. Shuni ta'kidlash kerakki, ferment molekulalari bakteriya sitoplazmasida "erkin" suzmaydi. Foydalanilmayotganda RNK polimerazalar DNKning o'ziga xos bo'lmagan hududlariga bog'lanadi va faol promouter ochilishini kutadi. Mavzudan biroz chetga chiqib, shuni aytish kerakki, oqsillarni va ularning ribonuklein kislota polimerazalariga bakteriyalarga ta'sirini o'rganish juda qulay. Ayniqsa, alohida elementlarni rag'batlantirish yoki bostirish uchun ular ustida tajriba o'tkazish qulay. Ularning yuqori ko'payish tezligi tufayli kerakli natijani nisbatan tez olish mumkin. Afsuski, tuzilmaviy xilma-xilligimiz tufayli inson tadqiqotlari bunday tez sur'atda davom eta olmaydi.
RNK polimeraza qanday qilib turli shakllarda "ildiz oldi"?
Ushbu maqola mantiqiy xulosaga kelmoqda. Diqqat eukariotlarga qaratildi. Ammo arxeya va viruslar ham mavjud. Shuning uchun men hayotning ushbu shakllariga ozgina e'tibor qaratmoqchiman. Arxeya hayotida RNK polimerazalarining faqat bitta guruhi mavjud. Ammo u o'z xususiyatlariga ko'ra eukariotlarning uchta assotsiatsiyasiga juda o'xshaydi. Ko'pgina olimlar, biz arxeyada kuzatishimiz mumkin bo'lgan narsa haqiqatda ekanligini taxmin qilishdimaxsus polimerazalarning evolyutsion ajdodi. Viruslarning tuzilishi ham qiziq. Yuqorida aytib o'tilganidek, bunday mikroorganizmlarning hammasi ham o'z polimerazasiga ega emas. Va qaerda bo'lsa, u bitta bo'linmadir. Virusli fermentlar murakkab RNK tuzilmalaridan emas, balki DNK polimerazalaridan olingan deb hisoblanadi. Garchi bu mikroorganizmlar guruhining xilma-xilligi tufayli ko'rib chiqilayotgan biologik mexanizmning turlicha amalga oshirilishi mavjud.
Xulosa
Afsuski, hozirda insoniyat genomni tushunish uchun zarur bo'lgan barcha kerakli ma'lumotlarga ega emas. Va nima qilish mumkin edi! Deyarli barcha kasalliklar asosan genetik asosga ega - bu birinchi navbatda bizga doimo muammolarni keltirib chiqaradigan viruslarga, infektsiyalarga va hokazolarga taalluqlidir. Eng murakkab va davolab bo'lmaydigan kasalliklar ham, aslida, bevosita yoki bilvosita inson genomiga bog'liq. Agar biz o'zimizni tushunishni o'rgansak va bu bilimlarni o'z foydamiz uchun qo'llasak, ko'plab muammolar va kasalliklar shunchaki yo'qoladi. Ko'pgina ilgari dahshatli kasalliklar, masalan, chechak va vabo, allaqachon o'tmishga aylangan. U erga borishga tayyorgarlik parotit, ko'k yo'tal. Ammo biz tinchlanmasligimiz kerak, chunki biz hali ham javob berishimiz kerak bo'lgan juda ko'p turli xil muammolarga duch kelamiz. Va u topiladi, chunki hamma narsa shu tomon ketmoqda.
