Молекулярлық биологияны, биохимияны, гендік инженерияны және басқа да бірқатар байланысты ғылымдарды зерттейтін әрбір адам ерте ме, кеш пе сұрақ қояды: РНҚ-полимеразаның қызметі қандай? Бұл өте күрделі тақырып, ол әлі толық зерттелмеген, бірақ соған қарамастан, белгілі нәрсе мақала аясында қарастырылады.
Жалпы ақпарат
Эукариоттар мен прокариоттардың РНҚ полимеразасы бар екенін есте ұстаған жөн. Біріншісі одан әрі үш түрге бөлінеді, олардың әрқайсысы гендердің жеке тобының транскрипциясына жауап береді. Бұл ферменттер қарапайымдылығы үшін бірінші, екінші және үшінші РНҚ-полимеразалар ретінде нөмірленген. Құрылымы ядросыз прокариот транскрипция кезінде оңайлатылған схема бойынша әрекет етеді. Сондықтан, түсінікті болу үшін мүмкіндігінше көп ақпаратты қамту үшін эукариоттар қарастырылады. РНҚ-полимеразалар құрылымы жағынан бір-біріне ұқсас. Олардың құрамында кем дегенде 10 полипептидтік тізбек бар деп есептеледі. Бұл ретте РНҚ-полимераза 1 кейіннен әртүрлі белоктарға ауысатын гендерді синтездейді (транскрипциялайды). Екіншісі - гендерді транскрипциялау, олар кейіннен белоктарға айналады. РНҚ полимераза 3 әртүрлі төмен молекулалық тұрақты ферменттермен ұсынылған, олар орташаальфа аматинге сезімтал. Бірақ біз РНҚ полимеразасының не екенін шешкен жоқпыз! Бұл рибонуклеин қышқылының молекулаларының синтезіне қатысатын ферменттердің атауы. Тар мағынада бұл дезоксирибонуклеин қышқылы шаблонының негізінде әрекет ететін ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимеразаларға қатысты. Ферменттер тірі ағзалардың ұзақ және табысты жұмыс істеуі үшін үлкен маңызға ие. РНҚ полимеразалары барлық жасушаларда және көптеген вирустарда кездеседі.
Мүмкіндіктер бойынша бөлу
Суббірлік құрамына байланысты РНҚ-полимеразалар екі топқа бөлінеді:
- Біріншісі қарапайым геномдардағы гендердің аз санының транскрипциясын қарастырады. Бұл жағдайда жұмыс істеу үшін күрделі реттеу шаралары қажет емес. Демек, бұған бір ғана суббірліктен тұратын барлық ферменттер кіреді. Мысал ретінде бактериофагтар мен митохондриялардың РНҚ полимеразасын келтіруге болады.
- Бұл топқа күрделі болып табылатын эукариоттар мен бактериялардың барлық РНҚ полимеразалары кіреді. Олар мыңдаған әртүрлі гендерді транскрипциялай алатын күрделі көп суббірлік белок кешендері. Бұл гендер өздерінің жұмыс істеуі кезінде белок факторлары мен нуклеотидтерден келетін реттеуші сигналдардың үлкен санына жауап береді.
Мұндай құрылымдық-функционалдық бөлу нақты жағдайды өте шартты және күшті жеңілдету болып табылады.
РНҚ-полимераза мен не істеймін?
Оларға бастапқы қалыптастыру функциясы тағайындалғанрРНҚ генінің транскрипттері, яғни олар ең маңызды болып табылады. Соңғылары 45S-РНҚ белгісімен жақсы белгілі. Олардың ұзындығы шамамен 13 мың нуклеотидті құрайды. Одан 28S-РНҚ, 18S-РНҚ және 5,8S-РНҚ түзіледі. Оларды жасау үшін бір ғана транскриптор пайдаланылғандықтан, дене молекулалардың тең мөлшерде түзілетініне «кепілдік» алады. Бұл ретте тікелей РНҚ құру үшін тек 7 мың нуклеотид қолданылады. Қалған транскрипт ядрода бұзылады. Мұндай үлкен қалдыққа қатысты рибосома түзілудің бастапқы кезеңдеріне қажет деген пікір бар. Жоғары тіршілік жасушаларындағы бұл полимеразалардың саны 40 мың бірлік белгісінің шамасында ауытқиды.
Ол қалай ұйымдастырылған?
Сонымен, біз бірінші РНҚ-полимеразаны (молекуланың прокариоттық құрылымы) жақсы қарастырдық. Сонымен қатар үлкен суббірліктер, сондай-ақ басқа да жоғары молекулалы полипептидтердің үлкен санының нақты анықталған функционалдық және құрылымдық домендері бар. Гендерді клондау және олардың бастапқы құрылымын анықтау кезінде ғалымдар тізбектердің эволюциялық консервативті бөлімдерін анықтады. Жақсы экспрессияны пайдалана отырып, зерттеушілер сонымен қатар жеке домендердің функционалдық маңыздылығы туралы айтуға мүмкіндік беретін мутациялық талдау жүргізді. Бұл үшін сайтқа бағытталған мутагенезді қолдана отырып, жеке аминқышқылдары полипептидтік тізбектерде өзгертілді және мұндай модификацияланған суббірліктер кейіннен осы құрылымдарда алынған қасиеттерге талдау жасай отырып, ферменттерді құрастыруда пайдаланылды. Оның ұйымдастырылуының арқасында бірінші РНҚ полимеразасы іске қосылатыны атап өтілдіальфа-аматиннің болуы (бозғылт қаракөктен алынған өте улы зат) мүлдем әрекет етпейді.
Операция
Бірінші және екінші РНҚ полимеразалары екі түрде болуы мүмкін. Олардың біреуі нақты транскрипцияны бастау үшін әрекет ете алады. Екіншісі – ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимераза. Бұл қатынас қызмет ету белсенділігінің шамасында көрінеді. Тақырып әлі де зерттелуде, бірақ ол SL1 және UBF ретінде белгіленген екі транскрипция факторына байланысты екені белгілі. Соңғысының ерекшелігі, ол промотормен тікелей байланыса алады, ал SL1 үшін UBF болуы керек. ДНҚ-тәуелді РНҚ полимеразаның транскрипцияға ең төменгі деңгейде және соңғысының қатысуынсыз қатыса алатыны эксперименталды түрде анықталғанымен. Бірақ бұл механизмнің қалыпты жұмыс істеуі үшін UBF әлі де қажет. Неліктен дәл? Әзірге бұл мінез-құлықтың себебін анықтау мүмкін болмады. Ең танымал түсініктемелердің бірі UBF өсу және даму кезінде rDNA транскрипциясының стимуляторының бір түрі ретінде әрекет етеді деп болжайды. Демалыс кезеңі орын алған кезде жұмыс істеудің қажетті ең төменгі деңгейі сақталады. Ал ол үшін транскрипция факторларының қатысуы маңызды емес. РНҚ полимераза осылай жұмыс істейді. Бұл ферменттің функциялары біздің денеміздің кішкентай «құрылыс блоктарын» көбейту процесін қолдауға мүмкіндік береді, соның арқасында ол ондаған жылдар бойы үнемі жаңартылып отырады.
Екінші топ ферменттері
Олардың қызметі екінші класты промоторлардың мультипротеинді алдын ала инициация кешенін құрастыру арқылы реттеледі. Көбінесе бұл арнайы ақуыздармен - активаторлармен жұмыс кезінде көрінеді. Мысалы, TVR. Бұл TFIID бөлігі болып табылатын байланысты факторлар. Олар p53, NF kappa B және т.б. Реттеу процесінде коактиваторлар деп аталатын белоктар да өз әсерін тигізеді. Мысалы, GCN5. Бұл белоктар не үшін қажет? Олар белсендіргіштердің өзара әрекеттесуін реттейтін адаптерлер және инициация алдындағы кешенге кіретін факторлардың рөлін атқарады. Транскрипцияның дұрыс жүруі үшін қажетті бастама факторларының болуы қажет. Олардың алтауы болғанына қарамастан, тек біреуі промоутермен тікелей әрекеттесе алады. Басқа жағдайларда алдын ала жасалған екінші РНҚ полимераза кешені қажет. Сонымен қатар, бұл процестер кезінде проксимальды элементтер жақын жерде болады - транскрипция басталған жерден 50-200 жұп. Олардың құрамында белсендіруші ақуыздардың байланысу көрсеткіші бар.
Арнайы мүмкіндіктер
Әртүрлі текті ферменттердің суббірлік құрылымы олардың транскрипциядағы функционалды рөліне әсер ете ме? Бұл сұраққа нақты жауап жоқ, бірақ ол оң болуы мүмкін деп есептеледі. РНҚ-полимераза бұған қалай тәуелді? Қарапайым құрылымды ферменттердің функциялары гендердің шектеулі диапазонының (немесе тіпті олардың шағын бөліктерінің) транскрипциясы болып табылады. Мысал ретінде Оказаки фрагменттерінің РНҚ праймерлерінің синтезін келтіруге болады. Бактериялар мен фагтардың РНҚ-полимеразасының промоторлық ерекшелігі - ферменттердің құрылымы қарапайым және әртүрлілігі бойынша ерекшеленбейді. Мұны бактериялардағы ДНҚ репликация процесінде көруге болады. Мұны да қарастыруға болады: жұп Т-фаг геномының күрделі құрылымы зерттелгенде, оның дамуы кезінде гендердің әртүрлі топтары арасында бірнеше транскрипциялық ауысу байқалды, күрделі хост РНҚ полимеразасы қолданылғаны анықталды. бұл үшін. Яғни, мұндай жағдайларда қарапайым фермент индукцияланбайды. Бұдан бірқатар салдар туындайды:
- Эукариоттық және бактериялық РНҚ-полимераза әртүрлі промоторларды тани білуі керек.
- Ферменттердің әртүрлі реттеуші белоктарға белгілі бір реакциясы болуы қажет.
- РНҚ-полимераза сонымен қатар ДНҚ шаблонының нуклеотидтер тізбегін тану ерекшелігін өзгерте алуы керек. Ол үшін әртүрлі ақуыз эффекторлары қолданылады.
Осыдан дененің қосымша «құрылыс» элементтеріне қажеттілігі туындайды. Транскрипция кешенінің белоктары РНҚ-полимеразаның өз қызметін толық орындауына көмектеседі. Бұл, ең үлкен дәрежеде, генетикалық ақпаратты жүзеге асырудың кең бағдарламасын жүзеге асыру мүмкіндігінде күрделі құрылымды ферменттерге қатысты. Әртүрлі тапсырмалардың арқасында РНҚ-полимеразалардың құрылымында иерархияның бір түрін байқауға болады.
Транскрипция процесі қалай жұмыс істейді?
Байланысқа жауапты ген бар маРНҚ полимераза? Біріншіден, транскрипция туралы: эукариоттарда процесс ядрода жүреді. Прокариоттарда ол микроорганизмнің өзінде орын алады. Полимеразаның әрекеттесуі жеке молекулалардың комплементарлы жұптасуының негізгі құрылымдық принципіне негізделген. Өзара әрекеттесу мәселелеріне келетін болсақ, ДНҚ тек шаблон ретінде әрекет етеді және транскрипция кезінде өзгермейді деп айта аламыз. ДНҚ интегралды фермент болғандықтан, бұл полимерге белгілі бір ген жауапты деп нақты айтуға болады, бірақ ол өте ұзақ болады. ДНҚ құрамында 3,1 миллиард нуклеотид қалдығы бар екенін ұмытпаған жөн. Сондықтан РНҚ-ның әрбір түрі өзінің ДНҚ-сына жауапты деп айту дұрысырақ болар еді. Полимераза реакциясы жүруі үшін энергия көздері және рибонуклеозид-трифосфатты субстраттар қажет. Олардың қатысуымен рибонуклеозидті монофосфаттардың арасында 3', 5'-фосфодиэфирлік байланыстар түзіледі. РНҚ молекуласы белгілі бір ДНҚ тізбегінде (промоторларда) синтезделе бастайды. Бұл процесс аяқталатын бөлімдерде (тоқтату) аяқталады. Мұнда қатысатын сайт транскриптон деп аталады. Эукариоттарда, әдетте, мұнда бір ғана ген бар, ал прокариоттарда кодтың бірнеше бөлімі болуы мүмкін. Әрбір транскриптонның ақпараттық емес аймағы болады. Олардың құрамында жоғарыда айтылған транскрипцияның реттеуші факторларымен әрекеттесетін арнайы нуклеотидтер тізбегі бар.
Бактериялық РНҚ-полимеразалар
Бұлмикроорганизмдер бір фермент мРНҚ, рРНҚ және тРНҚ синтезіне жауап береді. Орташа полимераза молекуласында шамамен 5 суббірлік бар. Олардың екеуі ферменттің байланыстырушы элементтері ретінде әрекет етеді. Басқа суббірлік синтезді бастауға қатысады. Сонымен қатар ДНҚ-мен спецификалық емес байланысуға арналған ферменттік компонент бар. Ал соңғы суббірлік РНҚ-полимеразаны жұмыс формасына келтіруге қатысады. Айта кету керек, фермент молекулалары бактерия цитоплазмасында «еркін» қалқып жүрмейді. Қолданбаған кезде РНҚ полимеразалары ДНҚ-ның спецификалық емес аймақтарымен байланысады және белсенді промотордың ашылуын күтеді. Тақырыптан сәл шегініс жасай отырып, белоктарды және олардың бактерияларға рибонуклеин қышқылының полимеразаларына әсерін зерттеу өте ыңғайлы екенін айту керек. Жеке элементтерді ынталандыру немесе басу үшін оларға тәжірибе жасау әсіресе ыңғайлы. Олардың жоғары көбейту жылдамдығының арқасында қалаған нәтиже салыстырмалы түрде тез алынуы мүмкін. Өкінішке орай, адам зерттеулері біздің құрылымдық әртүрлілікке байланысты мұндай жылдам қарқынмен жүре алмайды.
РНҚ-полимераза әртүрлі формаларда қалай «тамыр алды»?
Бұл мақала логикалық қорытындыға келеді. Негізгі назар эукариоттарға аударылды. Бірақ сонымен қатар археялар мен вирустар бар. Сондықтан мен өмірдің осы түрлеріне аздап назар аударғым келеді. Архейлер тіршілігінде РНҚ-полимеразалардың бір ғана тобы бар. Бірақ ол өзінің қасиеттері бойынша эукариоттардың үш ассоциациясына өте ұқсас. Көптеген ғалымдар археяда бақылай алатын нәрсенің шын мәнінде екенін айттымамандандырылған полимеразалардың эволюциялық атасы. Вирустардың құрылымы да қызықты. Жоғарыда айтылғандай, мұндай микроорганизмдердің барлығында өзіндік полимераза болмайды. Ал қай жерде болса, ол біртұтас суббірлік. Вирустық ферменттер күрделі РНҚ құрылымдарынан гөрі ДНҚ-полимеразалардан алынған деп есептеледі. Микроорганизмдердің осы тобының алуан түрлілігіне байланысты қарастырылып отырған биологиялық механизмнің әр түрлі іске асырылуы бар.
Қорытынды
Өкінішке орай, дәл қазір адамзатта геномды түсінуге қажетті барлық ақпарат әлі жоқ. Және не істеуге болады! Барлық дерлік аурулар негізінен генетикалық негізге ие - бұл ең алдымен бізге үнемі проблемалар тудыратын вирустарға, инфекцияларға және т.б. Ең күрделі және емделмейтін аурулар да, шын мәнінде, адам геномына тікелей немесе жанама тәуелді. Біз өзімізді түсінуді және осы білімді өз пайдамызға қолдануды үйренген кезде, көптеген мәселелер мен аурулар жойылады. Бұрынғы көптеген қорқынышты аурулар, мысалы, шешек пен оба, қазірдің өзінде өткен нәрсеге айналды. Онда баруға дайындалуда паротит, көкжөтел. Бірақ біз босаңсуға болмайды, өйткені біз әлі де жауап беруді қажет ететін көптеген әртүрлі қиындықтарға тап боламыз. Және ол табылады, өйткені бәрі осы жаққа қарай бет алды.
