Tots els que estudien biologia molecular, bioquímica, enginyeria genètica i altres ciències relacionades tard o d'hora es fan la pregunta: quina és la funció de l'ARN polimerasa? Aquest és un tema força complex, que encara no s'ha explorat del tot, però, tanmateix, el que se sap es tractarà en el marc de l'article.
Informació general
Cal recordar que hi ha una ARN polimerasa d'eucariotes i procariotes. El primer es divideix a més en tres tipus, cadascun dels quals és responsable de la transcripció d'un grup separat de gens. Aquests enzims estan numerats per simplicitat com la primera, segona i tercera ARN polimerasa. El procariota, l'estructura del qual és lliure de nuclears, durant la transcripció actua segons un esquema simplificat. Per tant, per a més claredat, per tal de cobrir la màxima informació possible, es tindran en compte els eucariotes. Les ARN polimerases són estructuralment semblants entre si. Es creu que contenen almenys 10 cadenes polipeptídiques. Al mateix temps, l'ARN polimerasa 1 sintetitza (transcriu) gens que posteriorment es traduiran a diverses proteïnes. El segon és la transcripció de gens, que posteriorment es tradueixen a proteïnes. L'ARN polimerasa 3 està representada per una varietat d'enzims estables de baix pes molecular que moderadamentsensible a l'alfa amatina. Però no hem decidit què és l'ARN polimerasa! Aquest és el nom dels enzims que intervenen en la síntesi de molècules d'àcid ribonucleic. En un sentit estricte, es refereix a les ARN polimerases dependents de l'ADN que actuen sobre la base d'una plantilla d'àcid desoxiribonucleic. Els enzims són de gran importància per al funcionament a llarg termini i amb èxit dels organismes vius. Les ARN polimerases es troben a totes les cèl·lules i a la majoria dels virus.
Divisió per característiques
Depenent de la composició de la subunitat, les ARN polimerases es divideixen en dos grups:
- La primera tracta de la transcripció d'un nombre reduït de gens en genomes simples. Per funcionar en aquest cas, no calen accions reguladores complexes. Per tant, això inclou tots els enzims que només consten d'una subunitat. Un exemple és l'ARN polimerasa de bacteriòfags i mitocondris.
- Aquest grup inclou totes les ARN polimerases d'eucariotes i bacteris, que són complexes. Són complexos complexos de proteïnes multisubunitats que poden transcriure milers de gens diferents. Durant el seu funcionament, aquests gens responen a un gran nombre de senyals reguladors que provenen de factors proteics i nucleòtids.
Aquesta divisió estructural-funcional és una simplificació molt condicionada i forta de l'estat real de les coses.
Què fa l'ARN polimerasa I?
Se'ls assigna la funció de formar primàriaLes transcripcions de gens de l'ARNr, és a dir, són les més importants. Aquests últims són més coneguts amb la denominació 45S-RNA. La seva longitud és d'aproximadament 13 mil nucleòtids. A partir d'ell es formen 28S-RNA, 18S-RNA i 5,8S-RNA. A causa del fet que només s'utilitza un transcriptor per crear-los, el cos rep una "garantia" que les molècules es formaran en quantitats iguals. Al mateix temps, només s'utilitzen 7 mil nucleòtids per crear ARN directament. La resta de la transcripció es degrada al nucli. Pel que fa a un residu tan gran, hi ha l'opinió que és necessari per a les primeres etapes de formació dels ribosomes. El nombre d'aquestes polimerases a les cèl·lules dels éssers superiors oscil·la al voltant de les 40 mil unitats.
Com està organitzat?
Per tant, ja hem considerat bé la primera ARN polimerasa (estructura procariota de la molècula). Al mateix temps, les subunitats grans, així com un gran nombre d' altres polipèptids d' alt pes molecular, tenen dominis funcionals i estructurals ben definits. Durant la clonació de gens i la determinació de la seva estructura primària, els científics van identificar seccions evolutivament conservadores de les cadenes. Amb una bona expressió, els investigadors també van realitzar anàlisis mutacionals, que ens permeten parlar de la importància funcional dels dominis individuals. Per fer-ho, mitjançant la mutagènesi dirigida al lloc, es van canviar aminoàcids individuals en cadenes polipeptídiques, i aquestes subunitats modificades es van utilitzar en el muntatge d'enzims amb l'anàlisi posterior de les propietats que es van obtenir en aquestes construccions. Es va assenyalar que a causa de la seva organització, la primera ARN polimerasa en marxala presència d'alfa-amatina (una substància altament tòxica derivada del greb pàl·lid) no reacciona en absolut.
Operació
Tant la primera com la segona ARN polimerases poden existir de dues formes. Un d'ells pot actuar per iniciar la transcripció específica. La segona és l'ARN polimerasa dependent de l'ADN. Aquesta relació es manifesta en la magnitud de l'activitat de funcionament. El tema encara està en investigació, però ja se sap que depèn de dos factors de transcripció, que es designen com SL1 i UBF. La particularitat d'aquest últim és que es pot unir directament al promotor, mentre que SL1 requereix la presència d'UBF. Tot i que experimentalment es va trobar que l'ARN polimerasa depenent de l'ADN pot participar en la transcripció a un nivell mínim i sense la presència d'aquesta última. Però per al funcionament normal d'aquest mecanisme, encara es necessita UBF. Per què exactament? Fins ara, no s'ha pogut establir el motiu d'aquest comportament. Una de les explicacions més populars suggereix que la UBF actua com una mena d'estimulador de la transcripció de l'ADNr a mesura que creix i es desenvolupa. Quan es produeix la fase de repòs, es manté el nivell mínim de funcionament requerit. I per a ell, la participació dels factors de transcripció no és crítica. Així és com funciona l'ARN polimerasa. Les funcions d'aquest enzim ens permeten donar suport al procés de reproducció dels petits "blocs de construcció" del nostre cos, gràcies als quals s'actualitza constantment durant dècades.
Segon grup d'enzims
El seu funcionament està regulat pel muntatge d'un complex multiproteic de preiniciació de promotors de segona classe. Molt sovint això s'expressa en el treball amb proteïnes especials: activadors. Un exemple és TVR. Aquests són els factors associats que formen part de TFIID. Són objectius per a p53, NF kappa B, etc. Les proteïnes, que s'anomenen coactivadores, també exerceixen la seva influència en el procés de regulació. Un exemple és GCN5. Per què es necessiten aquestes proteïnes? Actuen com a adaptadors que ajusten la interacció dels activadors i factors que s'inclouen en el complex de preiniciació. Perquè la transcripció es produeixi correctament, és necessària la presència dels factors iniciadors necessaris. Tot i que n'hi ha sis, només un pot interactuar directament amb el promotor. Per a altres casos, es necessita un segon complex d'ARN polimerasa preformat. A més, durant aquests processos, els elements proximals es troben a prop: només 50-200 parells del lloc on va començar la transcripció. Contenen una indicació de la unió de proteïnes activadores.
Funcions especials
L'estructura de subunitats dels enzims de diferent origen afecta el seu paper funcional en la transcripció? No hi ha una resposta exacta a aquesta pregunta, però es creu que és molt probable que sigui positiva. Com depèn d'això l'ARN polimerasa? Les funcions dels enzims d'una estructura simple són la transcripció d'un rang limitat de gens (o fins i tot les seves petites parts). Un exemple és la síntesi d'encebadors d'ARN de fragments d'Okazaki. L'especificitat del promotor de l'ARN polimerasa de bacteris i fags és que els enzims tenen una estructura simple i no difereixen en diversitat. Això es pot veure en el procés de replicació de l'ADN en bacteris. Tot i que també es pot considerar això: quan es va estudiar l'estructura complexa del genoma d'un fag T uniforme, durant el desenvolupament del qual es va observar un canvi de transcripció múltiple entre diferents grups de gens, es va revelar que es va utilitzar una ARN polimerasa hoste complexa. per això. És a dir, no s'indueix un enzim simple en aquests casos. D'això se'n deriven diverses conseqüències:
- La ARN polimerasa eucariota i bacteriana hauria de ser capaç de reconèixer diferents promotors.
- És necessari que els enzims tinguin una certa resposta a diferents proteïnes reguladores.
- RNA polimerasa també hauria de ser capaç de canviar l'especificitat del reconeixement de la seqüència de nucleòtids de l'ADN plantilla. Per a això, s'utilitzen diversos efectors proteics.
La
A partir d'aquí se segueix la necessitat del cos d'elements de "construcció" addicionals. Les proteïnes del complex de transcripció ajuden a la ARN polimerasa a realitzar plenament les seves funcions. Això s'aplica, en la major mesura, als enzims d'estructura complexa, en les possibilitats de les quals la implementació d'un programa extens per a la implementació de la informació genètica. Gràcies a diferents tasques, podem observar una mena de jerarquia en l'estructura de les ARN polimerases.
Com funciona el procés de transcripció?
Hi ha un gen responsable de la comunicació ambARN polimerasa? En primer lloc, sobre la transcripció: en els eucariotes, el procés es produeix al nucli. En els procariotes, té lloc dins del propi microorganisme. La interacció de la polimerasa es basa en el principi estructural fonamental de l'aparellament complementari de molècules individuals. Pel que fa als problemes d'interacció, podem dir que l'ADN actua exclusivament com a plantilla i no canvia durant la transcripció. Com que l'ADN és un enzim integral, es pot dir amb certesa que un gen concret és responsable d'aquest polímer, però serà molt llarg. No s'ha d'oblidar que l'ADN conté 3.100 milions de residus de nucleòtids. Per tant, seria més adequat dir que cada tipus d'ARN és responsable del seu propi ADN. Perquè la reacció de la polimerasa continuï, es necessiten fonts d'energia i substrats de ribonucleòsids trifosfat. En la seva presència, es formen enllaços 3', 5'-fosfodièster entre els monofosfats de ribonucleòsids. La molècula d'ARN comença a sintetitzar-se en determinades seqüències d'ADN (promotors). Aquest procés acaba a les seccions finals (terminació). El lloc que està implicat aquí s'anomena transcripció. En els eucariotes, per regla general, només hi ha un gen aquí, mentre que els procariotes poden tenir diverses seccions del codi. Cada transcripció té una zona no informativa. Contenen seqüències de nucleòtids específiques que interaccionen amb els factors reguladors de transcripció esmentats anteriorment.
ARN polimerases bacterianes
Aquestsmicroorganismes un enzim és responsable de la síntesi d'ARNm, ARNr i ARNt. La molècula mitjana de polimerasa té aproximadament 5 subunitats. Dos d'ells actuen com a elements d'unió de l'enzim. Una altra subunitat està implicada en l'inici de la síntesi. També hi ha un component enzimàtic per a la unió inespecífica a l'ADN. I l'última subunitat està implicada en portar l'ARN polimerasa a una forma de treball. Cal tenir en compte que les molècules enzimàtiques no estan "lliures" flotant al citoplasma bacterià. Quan no s'utilitzen, les ARN polimerases s'uneixen a regions no específiques de l'ADN i esperen que s'obri un promotor actiu. Desviant-se lleugerament del tema, cal dir que és molt convenient estudiar les proteïnes i el seu efecte sobre les polimerases d'àcid ribonucleic sobre els bacteris. És especialment convenient experimentar amb ells per estimular o suprimir elements individuals. A causa de la seva alta taxa de multiplicació, el resultat desitjat es pot obtenir amb relativa rapidesa. Per desgràcia, la investigació humana no pot continuar a un ritme tan ràpid a causa de la nostra diversitat estructural.
Com va "arrelar" l'ARN polimerasa en diferents formes?
Aquest article arriba a la seva conclusió lògica. El focus es va centrar en els eucariotes. Però també hi ha arquees i virus. Per tant, m'agradaria parar una mica d'atenció a aquestes formes de vida. A la vida de les arquees, només hi ha un grup d'ARN polimerases. Però és extremadament similar en les seves propietats a les tres associacions d'eucariotes. Molts científics han suggerit que el que podem observar a les arquees és en realitatavantpassat evolutiu de les polimerases especialitzades. També és interessant l'estructura dels virus. Com s'ha esmentat anteriorment, no tots aquests microorganismes tenen la seva pròpia polimerasa. I on és, és una única subunitat. Es creu que els enzims virals es deriven d'ADN polimerases en lloc de construccions complexes d'ARN. Encara que, a causa de la diversitat d'aquest grup de microorganismes, hi ha diferents implementacions del mecanisme biològic considerat.
Conclusió
Ai, ara mateix la humanitat encara no té tota la informació necessària per entendre el genoma. I què es podria fer! Gairebé totes les mal alties tenen bàsicament una base genètica: això s'aplica principalment als virus que ens causen problemes constantment, a les infeccions, etc. Les mal alties més complexes i incurables també depenen, de fet, directa o indirectament del genoma humà. Quan aprenem a entendre'ns a nos altres mateixos i a aplicar aquest coneixement al nostre avantatge, un gran nombre de problemes i mal alties deixaran d'existir. Moltes mal alties abans terribles, com la verola i la pesta, ja s'han convertit en cosa del passat. Preparant-se per anar-hi g alteres, tos ferina. Però no ens hem de relaxar, perquè encara ens enfrontem a un gran nombre de reptes diferents que cal respondre. I el trobarà, perquè tot va cap a això.
