Молекулярдык биологияны, биохимияны, гендик инженерияны жана башка бир катар илимдерди изилдеген ар бир адам эртеби-кечпи суроону беришет: РНК-полимеразанын кызматы эмнеде? Бул өтө татаал тема, ал дагы деле толук изилдене элек, бирок, ошентсе да, белгилүү болгон нерселер макаланын алкагында каралат.
Жалпы маалымат
Эукариоттор менен прокариоттордун РНК полимеразасы бар экенин эстен чыгарбоо керек. Биринчиси дагы үч түргө бөлүнөт, алардын ар бири гендердин өзүнчө тобунун транскрипциясы үчүн жооптуу. Бул ферменттер жөнөкөйлүк үчүн биринчи, экинчи жана үчүнчү РНК полимеразалар катары номерленген. Түзүлүшү ядросуз болгон прокариот транскрипция учурунда жөнөкөйлөштүрүлгөн схема боюнча аракеттенет. Ошондуктан, түшүнүктүү болушу үчүн, мүмкүн болушунча көбүрөөк маалыматты камтуу үчүн, эукариоттор каралат. РНК полимеразалар структуралык жактан бири-бирине окшош. Алар жок дегенде 10 полипептиддик чынжырды камтыйт деп эсептелет. Ошол эле учурда, РНК полимераза 1 кийин ар кандай белокторго которула турган гендерди синтездейт (транскрипциялайт). Экинчиси - гендерди транскрипциялоо, алар кийинчерээк белокторго которулат. РНК полимераза 3 төмөнкү молекулалык салмактуу туруктуу ферменттердин ар түрдүү менен берилген.альфа-аматинге сезгич. Бирок биз РНК полимераза деген эмне экенин чече элекпиз! Бул рибонуклеин кислотасынын молекулаларынын синтезине катышкан ферменттердин аталышы. Тар мааниде бул дезоксирибонуклеиндик кислотанын шаблонунун негизинде иш-аракет кылган ДНКга көз каранды РНК полимеразаларга тиешелүү. Ферменттер тирүү организмдердин узак мөөнөттүү жана ийгиликтүү иштеши үчүн чоң мааниге ээ. РНК полимеразалар бардык клеткаларда жана көпчүлүк вирустарда кездешет.
Функциялар боюнча бөлүү
Суббирдиктин курамына жараша РНК полимеразалар эки топко бөлүнөт:
- Биринчисинде жөнөкөй геномдордогу аз сандагы гендердин транскрипциясы каралат. Бул учурда иштеши үчүн комплекстүү жөнгө салуу иш-аракеттери талап кылынбайт. Демек, бул бир гана бөлүмчөдөн турган бардык ферменттерди камтыйт. Мисал бактериофагдардын жана митохондриялардын РНК полимеразасы болуп саналат.
- Бул топко эукариоттордун жана бактериялардын комплекстүү бардык РНК полимеразалары кирет. Алар миңдеген ар кандай гендерди транскрипциялай алган татаал көп суббирдик протеиндик комплекстер. Бул гендер иштөө учурунда протеиндик факторлордон жана нуклеотиддерден келген көп сандагы жөнгө салуучу сигналдарга жооп беришет.
Мындай түзүмдүк-функционалдык бөлүнүш иштин реалдуу абалын өтө шарттуу жана күчтүү жөнөкөйлөштүрүү болуп саналат.
РНК полимераза мен эмне кылам?
Аларга негизги түзүү функциясы ыйгарылганрРНК ген транскрипттери, башкача айтканда, алар эң маанилүү. Акыркылары 45S-РНК деген ат менен жакшы белгилүү. Алардын узундугу болжол менен 13 миң нуклеотидди түзөт. Андан 28S-РНК, 18S-РНК жана 5,8S-РНК пайда болот. Аларды түзүү үчүн бир гана транскриптор колдонулгандыктан, дене молекулалар бирдей санда түзүлөт деген «кепилдик» алат. Ошол эле учурда түздөн-түз РНКны түзүү үчүн 7 миң нуклеотид гана колдонулат. Калган стенограмма өзөктө бузулат. Мындай чоң калдыкка байланыштуу рибосоманын пайда болушунун алгачкы этаптары үчүн зарыл деген пикир бар. Жогорку жандыктардын клеткаларындагы бул полимеразалардын саны 40 миң бирдиктин тегерегинде өзгөрөт.
Бул кандай уюштурулган?
Ошентип, биз биринчи РНК полимеразаны (молекуланын прокариоттук түзүлүшүн) жакшылап карап чыктык. Ошол эле учурда чоң суббирдиктер, ошондой эле башка көп сандагы жогорку молекулалуу полипептиддер жакшы аныкталган функциялык жана структуралык домендерге ээ. Гендерди клондоштуруу жана алардын баштапкы түзүлүшүн аныктоо учурунда илимпоздор чынжырлардын эволюциялык жактан консервативдүү бөлүмдөрүн аныкташкан. Жакшы туюнтманы колдонуп, изилдөөчүлөр ошондой эле айрым домендердин функционалдык мааниси жөнүндө айтууга мүмкүндүк берген мутациялык анализди жүргүзүштү. Бул үчүн, сайтка багытталган мутагенезди колдонуу менен, жеке аминокислоталар полипептиддик чынжырларда өзгөртүлгөн жана мындай модификацияланган суббирдиктер ферменттерди чогултууда колдонулган, кийин бул конструкцияларда алынган касиеттерге талдоо жүргүзүлгөн. Аны уюштуруунун аркасында биринчи РНК полимераза иштеп жаткандыгы белгилендиальфа-аматиндин болушу (кубарак бадалдан алынган өтө уулуу зат) такыр реакция бербейт.
Операция
Биринчи жана экинчи РНК полимеразалары эки формада болушу мүмкүн. Алардын бири конкреттүү транскрипцияны баштоо үчүн аракет кыла алат. Экинчиси - ДНКга көз каранды РНК полимераза. Бул байланыш иш-аракетинин активдүүлүгүнүн чоңдугунан көрүнүп турат. Тема дагы эле иликтенип жатат, бирок ал SL1 жана UBF деп белгиленген эки транскрипция факторуна көз каранды экени белгилүү. Акыркысынын өзгөчөлүгү промотор менен түздөн-түз байланыша алат, ал эми SL1 UBF болушун талап кылат. ДНКга көз каранды РНК полимераза транскрипцияга минималдуу деңгээлде жана акыркысы катышпастан катыша ала тургандыгы эксперименталдык түрдө аныкталган. Бирок бул механизмдин нормалдуу иштеши үчүн UBF дагы эле керек. Эмне үчүн так? Азырынча бул жүрүм-турумдун себебин аныктоо мүмкүн болгон жок. Эң популярдуу түшүндүрмөлөрдүн бири UBF өсүп жана өнүгүп жаткан кезде рДНК транскрипциясынын стимуляторунун бир түрү катары иштейт деп болжолдойт. Эс алуу фазасы пайда болгондо, иштешинин минималдуу талап кылынган деңгээли сакталат. Ал үчүн транскрипция факторлорунун катышуусу өтө маанилүү эмес. РНК полимераза ушундай иштейт. Бул ферменттин функциялары денебиздин кичинекей "курулуш материалдарын" көбөйтүү процессин колдоого мүмкүндүк берет, анын аркасында ал ондогон жылдар бою тынымсыз жаңыланып турат.
Экинчи топ ферменттер
Алардын иштеши экинчи класстагы промоторлордун көп протеиндик алдын ала башталгыч комплексинин жыйындысы менен жөнгө салынат. Көбүнчө бул атайын белоктор менен иштөөдө - активаторлордо көрсөтүлөт. Мисал TVR болуп саналат. Бул TFIIDдин бир бөлүгү болгон байланышкан факторлор. Алар p53, NF kappa B жана башкалар үчүн буталар. Коактиваторлор деп аталган белоктор да жөнгө салуу процессинде өз таасирин тийгизет. Мисал GCN5 болуп саналат. Бул белоктор эмне үчүн керек? Алар активаторлордун жана факторлордун өз ара аракеттенүүсүн жөнгө салуучу адаптерлердин ролун аткарышат, алар демилгеге чейинки комплекске кирет. Транскрипциянын туура болушу үчүн зарыл болгон демилгечи факторлордун болушу зарыл. Алардын алтоо болгонуна карабастан, бир гана промоутер менен түз байланыша алат. Башка учурларда, алдын ала түзүлгөн экинчи РНК полимераза комплекси керек. Мындан тышкары, бул процесстер учурунда проксималдык элементтер жакын жайгашкан - транскрипция башталган жерден 50-200 жуп гана. Алар активатор протеиндердин байланышынын көрсөткүчүн камтыйт.
Атайын мүмкүнчүлүктөр
Ар кандай келип чыккан ферменттердин суббирдик структурасы алардын транскрипциядагы функционалдык ролуна таасирин тийгизеби? Бул суроого так жооп жок, бирок ал оң болушу мүмкүн деп эсептелет. РНК полимераза буга кандайча көз каранды? Жөнөкөй түзүлүштөгү ферменттердин функциялары гендердин чектелген диапазонунун (же алардын кичинекей бөлүктөрүнүн) транскрипциясы. Оказаки фрагменттеринин РНК праймерлеринин синтези мисал боло алат. Бактериялардын жана фагдардын РНК-полимеразасынын промотордук өзгөчөлүгү - ферменттердин жөнөкөй түзүлүшкө ээ болушу жана ар түрдүүлүгү боюнча айырмаланбайт. Муну бактериялардагы ДНКнын репликация процессинен көрүүгө болот. Муну да карап чыгууга болот: жуп Т-фагдын геномунун комплекстүү түзүлүшү изилденгенде, аны иштеп чыгууда гендердин ар кандай топторунун ортосунда көп транскрипция алмашуу байкалган, комплекстүү кабыл алуучу РНК полимераза колдонулганы аныкталган. Бул үчүн. Башкача айтканда, мындай учурларда жөнөкөй фермент индукцияланбайт. Мындан бир катар натыйжалар келип чыгат:
- Эукариоттук жана бактериялык РНК полимераза ар кандай промоторлорду тааный алышы керек.
- Ферменттер ар кандай жөнгө салуучу белокторго белгилүү бир жоопко ээ болушу керек.
- РНК полимеразасы ошондой эле ДНК шаблонунун нуклеотиддик ырааттуулугун таануунун өзгөчөлүгүн өзгөртүүгө жөндөмдүү болушу керек. Бул үчүн ар кандай протеин эффекторлору колдонулат.
Бул жерден организмдин кошумча "курулуш" элементтерине болгон муктаждыгы келип чыгат. Транскрипция комплексинин белоктору РНК полимеразанын өз функцияларын толук аткаруусуна жардам берет. Бул эң чоң даражада комплекстүү түзүлүштөгү ферменттерге тиешелүү, алардын мүмкүнчүлүктөрүндө генетикалык маалыматты ишке ашыруунун кеңири программасын ишке ашыруу. Ар кандай тапшырмалардын аркасында РНК полимеразаларынын структурасында кандайдыр бир иерархияны байкай алабыз.
Транскрипция процесси кандай иштейт?
Байланыш үчүн жооптуу ген барбыРНК полимераза? Биринчиден, транскрипция жөнүндө: эукариоттордо процесс ядродо жүрөт. Прокариоттордо ал микроорганизмдин ичинде ишке ашат. Полимераздын өз ара аракеттенүүсү жеке молекулалардын толуктоочу жупташуусунун негизги структуралык принцибине негизделген. Өз ара аракеттенүү маселелерине келсек, ДНК бир калып катары гана иштейт жана транскрипция учурунда өзгөрбөйт деп айта алабыз. ДНК интегралдык фермент болгондуктан, бул полимерге белгилүү бир ген жооптуу деп так айтууга болот, бирок ал абдан узун болот. ДНКда 3,1 миллиард нуклеотид калдыктары бар экенин унутпаш керек. Ошондуктан РНКнын ар бир түрү өзүнүн ДНКсынан жооптуу деп айтуу туурараак болот. Полимераздык реакциянын жүрүшү үчүн энергия булактары жана рибонуклеозид трифосфаттык субстраттар керек. Алардын катышуусунда рибонуклеозиддик монофосфаттардын ортосунда 3', 5'-фосфодиэфирдик байланыштар түзүлөт. РНК молекуласы белгилүү ДНК тизмектеринде (промоторлор) синтезделе баштайт. Бул процесс аяктоо бөлүмдөрүндө (токтотуу) аяктайт. Бул жерде тартылган сайт транскриптон деп аталат. Эукариоттордо, эреже катары, бул жерде бир гана ген бар, ал эми прокариоттордо коддун бир нече бөлүмдөрү болушу мүмкүн. Ар бир транскриптондун маалыматтык эмес зонасы бар. Алар жогоруда айтылган транскрипциянын жөнгө салуучу факторлору менен өз ара аракеттенген спецификалык нуклеотиддерди камтыйт.
Бактериялык РНК полимеразалар
Булармикроорганизмдер бир фермент мРНКнын, рРНКнын жана тРНКнын синтези үчүн жооптуу. Орточо полимераздын молекуласында болжол менен 5 суббирдик бар. Алардын экөө ферментти байланыштыруучу элементтердин милдетин аткарат. Синтездин башталышына дагы бир бөлүмчө катышат. ДНКга спецификалык эмес байланыш үчүн фермент компоненти да бар. Ал эми акыркы суббирдик РНК полимеразаны жумушчу формага келтирүүгө катышат. Белгилей кетчү нерсе, фермент молекулалары бактериянын цитоплазмасында «эркин» сүзбөйт. Колдонулбаган учурда РНК полимеразалар ДНКнын спецификалык эмес аймактарына байланып, активдүү промоутордун ачылышын күтүшөт. Темадан бир аз четтеп, белокторду жана алардын бактерияларга рибонуклеиндик кислотанын полимеразаларына тийгизген таасирин изилдөө абдан ыңгайлуу экендигин айтуу керек. Жеке элементтерди стимулдаштыруу же басуу үчүн аларга эксперимент жүргүзүү өзгөчө ыңгайлуу. Алардын көбөйүү ылдамдыгы жогору болгондуктан, каалаган натыйжаны салыштырмалуу тез алууга болот. Тилекке каршы, биздин структуралык ар түрдүүлүккө байланыштуу адамдардын изилдөөлөрү мынчалык тез ылдамдыкта жүрө албайт.
РНК полимераза кантип ар кандай формада "тамыр алган"?
Бул макала логикалык жыйынтыкка келип жатат. Эукариотторго көңүл бурулду. Бирок археялар жана вирустар да бар. Ошондуктан мен жашоонун ушул формаларына бир аз көңүл бургум келет. Архейлердин жашоосунда РНК полимеразаларынын бир гана тобу бар. Бирок ал өзүнүн касиеттери боюнча эукариоттордун үч бирикмесине өтө окшош. Көптөгөн илимпоздор археяда байкай турган нерселердин чындыгында экенин айтышканадистештирилген полимеразалардын эволюциялык түпкү атасы. Вирустардын түзүлүшү да кызыктуу. Мурда айтылгандай, бардык мындай микроорганизмдердин өзүнүн полимеразасы жок. Ал эми кайсы жерде болсо, ал жалгыз суббирдик болуп саналат. Вирустук ферменттер татаал РНК конструкцияларынан эмес, ДНК полимераздарынан алынган деп эсептелет. Микроорганизмдердин бул тобунун ар түрдүүлүгүнө карабастан, каралып жаткан биологиялык механизмдин ар кандай ишке ашырылышы бар.
Тыянак
Тиле, азыр адамзат геномду түшүнүү үчүн зарыл болгон бардык маалыматка ээ эмес. Анан эмне кылса болмок! Дээрлик бардык оорулардын генетикалык негизи бар - бул биринчи кезекте бизге дайыма көйгөйлөрдү жаратуучу вирустарга, инфекцияларга жана башкаларга тиешелүү. Эң татаал жана айыккыс оорулар да адамдын геномуна түз же кыйыр түрдө көз каранды. Качан биз өзүбүздү түшүнүүгө жана бул билимди өзүбүздүн пайдабызга колдонууга үйрөнгөндө, көптөгөн көйгөйлөр жана оорулар жок болот. Чечек жана чума сыяктуу мурун коркунучтуу болгон көптөгөн оорулар тарыхта калган. Ал жакка барууга даярданууда паротит, көк жөтөл. Бирок биз тынчтанбашыбыз керек, анткени биз дагы эле жооп беришибиз керек болгон көптөгөн ар кандай кыйынчылыктарга туш келебиз. Жана ал табылат, анткени баары ушул тарапка баратат.
