Що таке рнк-полімераза? Яку функцію виконує рнк-полімераза?

Всі, хто вивчає молекулярну біологію, біохімію, генетичну інженерію і ряд інших споріднених з ними наук, рано чи пізно задає питання: яку функцію виконує РНК-полімераза? Це досить складна тема, яка повністю все ще не досліджена, але, тим не менше, що відомо, то буде освітлено в рамках статті.

Загальна інформація

Необхідно запам`ятати, що є РНК-полімераза еукаріот і прокаріот. Перша додатково ділиться на три типи, кожен з яких відповідає за проведення транскрипції окремої групи генів. Ці ферменти для простоти пронумеровані як перша, друга і третя РНК-полімераза. Прокаріот, будова якого без`ядерний, при транскрипції діє за спрощеною схемою. Тому для наочності, щоб охопити якомога більше інформації, будуть розглядатися еукаріоти. РНК-полімерази структурно схожі між собою. Вважають, що вони містять не менше 10 поліпептидних ланцюгів. При цьому РНК-полімераза 1 синтезує (транскрибирует) гени, які в подальшому будуть трансльовані в різні білки. Друга займається транскрибування генів, які в подальшому транслюються в білки. РНК-полімерази 3 представлені різноманітними низькомолекулярними стабільними ферментами, які помірно чутливі до альфа-аматіну. Але ми ж не визначилися з тим, що ж таке РНК-полімераза! Так називають ферменти, які займаються синтезом молекул рибонуклеїнової кислоти. У вузькому значенні під цим розуміють ДНК-залежні РНК-полімерази, які діють на підставі матриці дезоксирибонуклеїнової кислоти. Ферменти мають величезне значення для тривалого й успішного функціонування живих організмів. РНК-полімерази можна зустріти у всіх клітинах і більшості вірусів.

Розподіл за особливостями

Залежно від субодиничних складу РНК-полімерази діляться на дві групи:

1. Перша займається транскрибування невеликого числа генів в простих геномах. Для функціонування в даному випадку не потрібні складні регуляторні впливу. Тому сюди відносять всі ферменти, які складаються лише з однієї субодиниці. Як приклад можна навести РНК-полімерази бактеріофагів і мітохондрій.
2. До цієї групи відносять всі РНК-полімерази еукаріот і бактерій, які є складно влаштованими. Вони являють собою заплутані многосуб`едінічние білкові комплекси, що можуть транскрибувати тисячі різних генів. Під час функціонування ці гени реагують на велику кількість регуляторних сигналів, що надходять від білкових факторів і нуклеотидів.

Подібне структурно-функціональний розподіл є досить умовним і сильним спрощенням реального стану справ.

Відео: ДНК і РНК в біосинтезі білка

Чим займається РНК-полімераза I?

За ними закріплено функція освіти первинних транскриптів генів рРНК, тобто вони є найбільш важливими. Останні більш відомі під позначенням 45S-РНК. Їх довжина становить приблизно 13 тисяч нуклеотидів. З неї формуються 28S-РНК, 18S-РНК і 5,8S-РНК. Завдяки тому, що для їх створення використовується тільки один транскриптор, організм отримує «гарантію», що молекули будуть утворюватися в рівних кількостях. При цьому на створення безпосередньо РНК йде тільки 7 тисяч нуклеотидів. Інша частина транскрипта деградує в ядрі. Щодо такого великого залишку існує думка, що він необхідний для ранніх етапів формування рибосом. Кількість цих полимераз в клітинах вищих істот коливається біля позначки в 40 тисяч одиниць.

Як вона організована?

Отже, нами вже непогано розглянута перша РНК-полімераза (прокаріот-будова молекули). При цьому великі субодиниці, як, втім, і велика кількість інших високомолекулярних поліпептидів, тут є добре помітні функціональні і структурні домени. Під час клонування генів і визначення їх первинної структури вченими були виявлені еволюційно консервативні ділянки ланцюгів. Користуючись хорошою виразністю, дослідниками був також проведений мутаційний аналіз, що дозволяє нам говорити про активну роль окремих доменів. Для цього за допомогою направленого мутагенезу в поліпептидних ланцюгах міняли окремі амінокислоти і такі змінені субодиниці застосовували в збірці ферментів з наступним аналізом властивостей, що виходили в даних конструкціях. Було відзначено, що завдяки своїй організації перша РНК-полімераза на наявність альфа-аматіна (високотоксичного речовини, яке отримують з блідої поганки) ніяк не реагує.

функціонування

І перша, і друга РНК-полімерази можуть існувати в двох формах. Одна з них може виступати для ініціації специфічної транскрипції. Друга - це ДНК залежна РНК-полімераза. Це ставлення проявляється у величині активності функціонування. Тема ще досліджується, але вже зараз відомо, що це залежить від двох чинників транскрипції, які позначаються як SL1 і UBF. Особливість останнього - в тому, що він може безпосередньо зв`язуватися з промотором, тоді як SL1 вимагає присутності UBF. Хоча експериментально було встановлено, що ДНК-залежна РНК-полімераза може брати участі в транскрипції на мінімальному рівні і без наявності останнього. Але для нормального функціонування цього механізму UBF все ж потрібен. Чому саме так? Достовірно поки що встановити причину такої поведінки не вдалося. Одне з найпопулярніших пояснень передбачає, що UBF виступає своєрідним стимулятором транскрипції РДНК коли вона росте і розвивається. Коли ж настає фаза спокою, то підтримується мінімальний необхідний рівень функціонування. А для нього участь транскрипційних факторів не є критично важливим. Ось так працює РНК-полімераза. Функції цього ферменту дозволяють підтримувати процес відтворення невеликих «будівельних блоків» нашого організму, завдяки якому він постійно на протязі десятиліть оновлюється.

Відео: Значення і функції селезінки людини

Друга група ферментів

Їх функціонування регулюється складанням мультібелкового преініціаторного комплексу промоторів другого класу. Найчастіше це виражається в роботі зі спеціальними білками - активаторами. Як приклад можна привести ТВР. Це асоційовані фактори, які входять до складу TFIID. Вони - мішень для p53, NF kappa B і так далі. Свій вплив в процесі регуляції надають і білки, які називаються коактіваторамі. Як приклад можна привести GCN5. Навіщо ж потрібні ці білки? Вони виступають в якості адаптерів, які налаштовують взаємодія активаторів і факторів, що входять в преініціаторний комплекс. Щоб правильно відбувалася транскрипція, необхідна наявність потрібних ініціаторних факторів. Незважаючи на те, що їх шість, безпосередньо взаємодіяти з промотором може тільки один. Для інших випадків необхідний преформовані комплекс другої РНК-полімерази. Причому під час цих процесів проксимальні елементи знаходяться поруч - всього лише в 50-200 парах від ділянки, де почалася транскрипція. Вони містять у собі вказівку на зв`язування білків-активаторів.

специфічні особливості

Чи впливає субодиничних будова ферментів різного походження на їх функціональну роль при транскрипції? Точної відповіді на це питання немає, але вважається, що він, швидше за все, позитивний. Як же від цього залежить РНК-полімераза? Функції ферментів простого будови - це транскрибування обмеженого кола генів (або навіть їх невеликих частин). Як приклад можна привести синтез РНК-запалів фрагментів Окадзакі. Промоторних специфічність РНК-полімерази бактерій і фагів полягає в тому, що ферменти є власниками простої структури і не відрізняються різноманітністю. Це можна спостерігати на прикладі процесу реплікації ДНК у бактерій. Хоча можна розглянути і таке: коли досліджувалося складну будову геному парного Т-фага, під час розвитку якого було відзначено багаторазове переключення транскрипції між різними групами генів, то було виявлено, що для цього використовувалася складна РНК-полімераза господаря. Тобто, простий фермент в таких випадках не індуцируется. З цього випливає цілий ряд наслідків:

Відео: *** Печінка. Функції в Організмі *** | *** Pechen # 39 ;. Funkcii v Organizme ***

1. РНК-полімераза еукаріот і бактерій повинні вміти розпізнавати різні промотори.
2. Необхідно, щоб ферменти володіли певною реакцією на різні білки-регулятори.
3. РНК-полімераза також повинна вміти змінювати специфіку розпізнавання послідовності нуклеотидів матричної ДНК. Для цього використовуються різноманітні білкові Ефектори.

Звідси випливає потреба організму в додаткових «будівельних» елементів. Білки транскрибується комплексу допомагають РНК-полімерази повноцінно виконувати свої функції. Це відноситься, найбільшим чином, до ферментам складної структури, в можливостях яких здійснення великої програми реалізації генетичної інформації. Завдяки різним завданням, ми і можемо спостерігати своєрідну ієрархію будови РНК-полімерази.

Відео: Структура РНК і ДНК

Як же відбувається процес транскрипції?

Чи є ген, який відповідає за зв`язок з РНК-полімераза? Для початку про транскрипції: у еукаріотів процес відбувається в ядрі. У прокаріотів він протікає всередині самого мікроорганізму. В основі взаємодії полімерази лежить основний структурний принцип комплиментарного спарювання окремих молекул. Щодо питань взаємодії можна сказати, що ДНК виступає виключно в ролі матриці і під час транскрипції не змінюється. Оскільки ДНК є цілісним ферментом, то сказати точно, що якийсь конкретний ген відповідає за цю полімеру можна, але це буде дуже довго. Слід не забувати, що ДНК містить в собі 3,1 мільярда нуклеотидних залишків. Тому більш слушно буде сказати, що за кожен тип РНК відповідає своя ДНК. Для протікання ж полімеразної реакції потрібні джерела енергії і рібонукле-озідтріфосфато субстрати. При їх наявності утворюються 3 `, 5`-фосфодіефірні зв`язку між рібонуклеозідмонофосфатамі. Молекула РНК починає синтезуватися в певних послідовностях ДНК (промотори). Цей процес закінчується на терминирующего ділянках (термінації). Ділянка, який тут задіюється, називається транскріптоном. У еукаріотів тут є, як правило, тільки один ген, тоді як прокаріоти можуть володіти і декількома ділянками коду. Кожен транскріптон володіє неінформативної зоною. У них розташовані специфічні послідовності нуклеотидів, які взаємодіють з регуляторними транскрипційними факторами, згаданими раніше.

Бактеріальні РНК-полімерази

У цих мікроорганізмів один фермент відповідає за синтез мРНК, рРНК і тРНК. Середньостатистична молекула полімерази має в собі приблизно 5 субодиниць. Дві з них виступають в якості зв`язуючих елементів ферменту. Ще одна субодиниця займається ініціацією синтезу. Також є складова ферменту для неспецифічної зв`язку з ДНК. І остання субодиниця займається приведенням РНК-полімерази в робочу форму. Слід зазначити, що молекули ферменту не перебувають у «вільному» плаванні в цитоплазмі бактерії. Коли РНК-полімерази не використовуються, то вони зв`язуються неспецифічними областями ДНК і чекають, поки буде відкритий активний промотор. Трохи відволікаючись від теми, слід сказати, що на бактеріях дуже зручно вивчати білки і їх вплив на рибонуклеїнові кислотні полімерази. Особливо зручно на них ставити експерименти по стимуляції або пригнічення окремих елементів. Завдяки їхній високій швидкості розмноження можна відносно швидко отримувати бажаний результат. На жаль, дослідження людини не може проводиться такими швидкими темпами завдяки нашому структурному різноманітності.

Як РНК-полімераза «прижилася» в різних формах?

Ось і підходить стаття до логічного завершення. Основна увага була приділена еукаріот. Але є ще археї і віруси. Тому хочеться приділити трохи уваги і цим формам життя. У життєдіяльності Архе є тільки одна група РНК-полімерази. Але вона дуже схожа за своїми властивостями з трьома об`єднаннями еукаріотів. Багатьма вченими висловлюються припущення, що те, що ми можемо спостерігати у Архе, насправді є еволюційним предком спеціалізованих полимераз. Цікаво також і будова вірусів. Як раніше писалося, не всі такі мікроорганізми володіють своєю полимеразой. А там, де вона є, вона являє собою одну субодиницю. Вважається, що вірусні ферменти походять від ДНК-полімерази, а не від складних конструкцій РНК. Хоча завдяки різноманітності цієї групи мікроорганізмів зустрічається різна реалізація даного біологічного механізму.

висновок

На жаль, зараз людство поки що не має всёй необхідною інформацією, потрібною для розуміння генома. А що б тільки можна було б зробити! Практично всі захворювання в своїй основі мають саме генетичну основу - це стосується в першу чергу до вірусів, які постійно доставляють нам проблеми, до інфекцій і так далі. Найскладніші і невиліковні хвороби - вони теж, по суті, прямо або побічно залежать від генома людини. Коли ми навчимося розбиратися самі в собі і буде застосовувати ці знання на користь, велика кількість проблем і хвороб просто перестануть існувати. Уже зараз відійшли в минуле багато раніше страшні захворювання, такі як віспа, чума. Готуються туди вирушити свинка, коклюш. Але не слід розслаблятися, адже перед нами стоїть ще велика кількість різних викликів, на які потрібно знайти відповідь. І він буде знайдений, бо все йде до цього.