Tất cả những ai nghiên cứu sinh học phân tử, hóa sinh, kỹ thuật di truyền và một số ngành khoa học liên quan khác sớm muộn cũng đặt ra câu hỏi: chức năng của RNA polymerase là gì? Đây là một chủ đề khá phức tạp, vẫn chưa được khám phá đầy đủ, tuy nhiên, những gì đã biết sẽ được đề cập trong khuôn khổ bài viết.
Thông tin chung
Cần nhớ rằng có một RNA polymerase của sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ. Loại đầu tiên được chia thành ba loại, mỗi loại chịu trách nhiệm phiên mã của một nhóm gen riêng biệt. Các enzym này được đánh số để đơn giản là RNA polymerase thứ nhất, thứ hai và thứ ba. Prokaryote, có cấu trúc không có hạt nhân, trong quá trình phiên mã hoạt động theo một sơ đồ đơn giản hóa. Vì vậy, để rõ ràng, để bao gồm nhiều thông tin nhất có thể, sinh vật nhân chuẩn sẽ được xem xét. RNA polymerase có cấu trúc tương tự nhau. Chúng được cho là chứa ít nhất 10 chuỗi polypeptit. Đồng thời, RNA polymerase 1 tổng hợp (phiên mã) các gen sau đó sẽ được dịch mã thành các protein khác nhau. Thứ hai là phiên mã các gen, sau đó được dịch mã thành protein. RNA polymerase 3 được đại diện bởi một loạt các enzyme ổn định trọng lượng phân tử thấp, vừa phảinhạy cảm với alpha amatine. Nhưng chúng tôi vẫn chưa quyết định RNA polymerase là gì! Đây là tên của các enzym tham gia vào quá trình tổng hợp các phân tử axit ribonucleic. Theo nghĩa hẹp, điều này đề cập đến các polymerase RNA phụ thuộc DNA hoạt động trên cơ sở khuôn mẫu axit deoxyribonucleic. Enzyme có tầm quan trọng lớn đối với sự hoạt động lâu dài và thành công của các cơ thể sống. RNA polymerase được tìm thấy trong tất cả các tế bào và hầu hết các loại virus.
Phân chia theo tính năng
Tùy thuộc vào thành phần tiểu đơn vị, RNA polymerase được chia thành hai nhóm:
- Phần đầu tiên đề cập đến việc phiên mã một số lượng nhỏ gen trong bộ gen đơn giản. Để hoạt động trong trường hợp này, không cần thực hiện các hành động quản lý phức tạp. Do đó, điều này bao gồm tất cả các enzym chỉ bao gồm một tiểu đơn vị. Một ví dụ là RNA polymerase của vi khuẩn và ty thể.
- Nhóm này bao gồm tất cả các RNA polymerase của sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn, rất phức tạp. Chúng là những phức hợp protein đa tiểu đơn vị phức tạp có thể phiên mã hàng nghìn gen khác nhau. Trong quá trình hoạt động, các gen này phản ứng với một số lượng lớn các tín hiệu điều chỉnh đến từ các yếu tố protein và nucleotide.
Sự phân chia theo cấu trúc-chức năng như vậy là một sự đơn giản hóa rất có điều kiện và mạnh mẽ về tình trạng thực của sự việc.
Tôi làm gì RNA polymerase?
Chúng được chỉ định chức năng hình thành chínhBản phiên mã gen rRNA, tức là, chúng là quan trọng nhất. Loại thứ hai được biết đến nhiều hơn với tên gọi 45S-RNA. Chiều dài của chúng xấp xỉ 13 nghìn nucleotide. 28S-RNA, 18S-RNA và 5,8S-RNA được hình thành từ nó. Do thực tế là chỉ một bộ sao chép được sử dụng để tạo ra chúng, cơ thể nhận được một “đảm bảo” rằng các phân tử sẽ được hình thành với số lượng bằng nhau. Đồng thời, chỉ có 7 nghìn nucleotide được sử dụng để tạo RNA trực tiếp. Phần còn lại của bản sao bị phân huỷ trong nhân. Về lượng dư lớn như vậy, có ý kiến cho rằng nó cần thiết cho giai đoạn đầu của quá trình hình thành ribosome. Số lượng polymerase này trong các tế bào của sinh vật bậc cao dao động quanh mốc 40 nghìn đơn vị.
Nó được tổ chức như thế nào?
Vì vậy, chúng ta đã xem xét kỹ RNA polymerase đầu tiên (cấu trúc nhân sơ của phân tử). Đồng thời, các tiểu đơn vị lớn, cũng như một số lượng lớn các polypeptit trọng lượng phân tử cao khác, có các miền chức năng và cấu trúc được xác định rõ ràng. Trong quá trình nhân bản gen và xác định cấu trúc chính của chúng, các nhà khoa học đã xác định các phần bảo tồn về mặt tiến hóa của các chuỗi. Sử dụng cách diễn đạt tốt, các nhà nghiên cứu cũng thực hiện phân tích đột biến, cho phép chúng ta nói về ý nghĩa chức năng của các miền riêng lẻ. Để làm được điều này, bằng cách sử dụng phương pháp gây đột biến hướng vào vị trí, các axit amin riêng lẻ được thay đổi trong chuỗi polypeptit, và các tiểu đơn vị được sửa đổi như vậy được sử dụng trong quá trình lắp ráp các enzym với phân tích sau đó về các đặc tính thu được trong các cấu trúc này. Người ta lưu ý rằng do tổ chức của nó, RNA polymerase đầu tiên trênsự hiện diện của alpha-amatine (một chất có độc tính cao có nguồn gốc từ quả lựu nhạt) hoàn toàn không phản ứng.
Thao tác
Cả RNA polymerase thứ nhất và thứ hai đều có thể tồn tại ở hai dạng. Một trong số chúng có thể hoạt động để bắt đầu phiên mã cụ thể. Thứ hai là RNA polymerase phụ thuộc DNA. Mối quan hệ này được biểu hiện ở mức độ của hoạt động của hoạt động. Chủ đề vẫn đang được điều tra, nhưng người ta đã biết rằng nó phụ thuộc vào hai yếu tố phiên mã, được ký hiệu là SL1 và UBF. Điểm đặc biệt của loại thứ hai là nó có thể liên kết trực tiếp với promoter, trong khi SL1 yêu cầu sự hiện diện của UBF. Mặc dù thực nghiệm đã phát hiện ra rằng RNA polymerase phụ thuộc DNA có thể tham gia vào quá trình phiên mã ở mức độ tối thiểu và không có sự hiện diện của RNA polymerase. Nhưng để cơ chế này hoạt động bình thường, UBF vẫn cần thiết. Chính xác là tại sao? Cho đến nay, người ta vẫn chưa thể xác định lý do của hành vi này. Một trong những cách giải thích phổ biến nhất cho rằng UBF hoạt động như một loại chất kích thích phiên mã rDNA khi nó lớn lên và phát triển. Khi giai đoạn nghỉ ngơi xảy ra, mức hoạt động cần thiết tối thiểu được duy trì. Và đối với anh ta, sự tham gia của các yếu tố phiên mã là không quan trọng. Đây là cách RNA polymerase hoạt động. Các chức năng của enzym này cho phép chúng ta hỗ trợ quá trình tái tạo các "khối xây dựng" nhỏ trong cơ thể, nhờ đó nó được cập nhật liên tục trong nhiều thập kỷ.
Nhóm thứ hai của enzym
Chức năng của chúng được điều chỉnh bởi sự tập hợp của phức hợp khởi động trước nhiều protein của các promoter thuộc lớp thứ hai. Thông thường, điều này được thể hiện khi làm việc với các protein đặc biệt - chất hoạt hóa. Một ví dụ là TVR. Đây là các yếu tố liên quan là một phần của TFIID. Chúng là mục tiêu cho p53, NF kappa B, v.v. Protein, được gọi là chất đông tụ, cũng phát huy ảnh hưởng của chúng trong quá trình điều hòa. Một ví dụ là GCN5. Tại sao lại cần những protein này? Chúng hoạt động như những bộ điều chỉnh điều chỉnh sự tương tác của các chất kích hoạt và các yếu tố có trong phức hợp tiền khởi đầu. Để quá trình phiên mã diễn ra chính xác, cần có sự hiện diện của các yếu tố khởi đầu cần thiết. Mặc dù thực tế là có sáu người trong số họ, chỉ một người có thể tương tác trực tiếp với người quảng bá. Đối với các trường hợp khác, phức hợp RNA polymerase thứ hai đã được định hình sẵn là cần thiết. Hơn nữa, trong quá trình này, các nguyên tố gần nhau ở gần nhau - chỉ 50-200 cặp từ vị trí bắt đầu phiên mã. Chúng chứa một dấu hiệu về sự liên kết của các protein hoạt hóa.
Tính năng đặc biệt
Cấu trúc tiểu đơn vị của các enzym có nguồn gốc khác nhau có ảnh hưởng đến vai trò chức năng của chúng trong quá trình phiên mã không? Không có câu trả lời chính xác cho câu hỏi này, nhưng người ta tin rằng nó rất có thể là tích cực. RNA polymerase phụ thuộc vào điều này như thế nào? Chức năng của các enzym có cấu trúc đơn giản là phiên mã của một số gen giới hạn (hoặc thậm chí là các phần nhỏ của chúng). Một ví dụ là sự tổng hợp đoạn mồi RNA của các đoạn Okazaki. Tính đặc hiệu của promoter đối với RNA polymerase của vi khuẩn và thể thực khuẩn là các enzym có cấu trúc đơn giản và không khác nhau về độ đa dạng. Có thể thấy điều này trong quá trình sao chép DNA ở vi khuẩn. Mặc dù người ta cũng có thể xem xét điều này: khi cấu trúc phức tạp của bộ gen của một phage T chẵn được nghiên cứu, trong quá trình phát triển mà nhiều phiên mã chuyển đổi giữa các nhóm gen khác nhau đã được ghi nhận, người ta đã tiết lộ rằng một RNA polymerase ký chủ phức tạp đã được sử dụng cho điều này. Có nghĩa là, một loại enzyme đơn giản không được tạo ra trong những trường hợp như vậy. Một số hậu quả sau này:
- RNA polymerase của sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn sẽ có thể nhận ra các chất xúc tiến khác nhau.
- Điều cần thiết là các enzym phải có phản ứng nhất định đối với các protein điều hòa khác nhau.
- RNA polymerase cũng có thể thay đổi tính đặc hiệu của việc nhận dạng trình tự nucleotide của DNA khuôn mẫu. Để làm được điều này, các chất tạo hiệu ứng protein khác nhau được sử dụng.
Từ đây theo nhu cầu của cơ thể để bổ sung các yếu tố "xây dựng". Các protein của phức hợp phiên mã giúp RNA polymerase thực hiện đầy đủ các chức năng của nó. Điều này áp dụng, ở mức độ lớn nhất, đối với các enzym có cấu trúc phức tạp, trong khả năng thực hiện một chương trình mở rộng để thực hiện thông tin di truyền. Nhờ các nhiệm vụ khác nhau, chúng ta có thể quan sát thấy một loại thứ bậc trong cấu trúc của RNA polymerase.
Quy trình phiên âm hoạt động như thế nào?
Có gen chịu trách nhiệm giao tiếp vớiARN polymerase? Đầu tiên, về phiên mã: ở sinh vật nhân thực, quá trình xảy ra trong nhân. Ở sinh vật nhân sơ, quá trình này diễn ra bên trong cơ thể vi sinh vật. Tương tác polymerase dựa trên nguyên tắc cấu trúc cơ bản của sự bắt cặp bổ sung của các phân tử riêng lẻ. Đối với các vấn đề tương tác, chúng ta có thể nói rằng DNA hoạt động độc quyền như một khuôn mẫu và không thay đổi trong quá trình phiên mã. Vì DNA là một enzyme không thể thiếu, nên có thể nói chắc chắn rằng một gen cụ thể chịu trách nhiệm cho polyme này, nhưng sẽ rất lâu. Không nên quên rằng DNA chứa 3,1 tỷ nucleotide còn lại. Do đó, sẽ thích hợp hơn nếu nói rằng mỗi loại RNA chịu trách nhiệm về DNA của chính nó. Để phản ứng polymerase tiến hành, cần có nguồn năng lượng và chất nền ribonucleoside triphosphate. Khi có sự hiện diện của chúng, các liên kết 3 ', 5'-phosphodiester được hình thành giữa các monophotphat ribonucleoside. Phân tử RNA bắt đầu được tổng hợp trong một số trình tự DNA nhất định (chất xúc tiến). Quá trình này kết thúc ở các phần kết thúc (chấm dứt). Trang web có liên quan ở đây được gọi là transcripton. Ở sinh vật nhân thực, theo quy luật, chỉ có một gen ở đây, trong khi sinh vật nhân sơ có thể có một số đoạn mã. Mỗi bảng điểm có một vùng không cung cấp thông tin. Chúng chứa các trình tự nucleotide cụ thể tương tác với các yếu tố phiên mã điều hòa đã đề cập trước đó.
Các polymerase RNA của vi khuẩn
Nhữngvi sinh vật một loại enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp mRNA, rRNA và tRNA. Phân tử polymerase trung bình có khoảng 5 tiểu đơn vị. Hai trong số chúng hoạt động như các yếu tố liên kết của enzym. Một tiểu đơn vị khác tham gia vào quá trình bắt đầu tổng hợp. Ngoài ra còn có một thành phần enzyme để liên kết không đặc hiệu với DNA. Và tiểu đơn vị cuối cùng tham gia vào việc đưa RNA polymerase về dạng hoạt động. Cần lưu ý rằng các phân tử enzyme không "tự do" trôi nổi trong tế bào chất của vi khuẩn. Khi không sử dụng, RNA polymerase liên kết với các vùng không đặc hiệu của DNA và đợi một promoter hoạt động mở ra. Hơi lạc đề từ chủ đề, cần phải nói rằng rất thuận tiện để nghiên cứu protein và ảnh hưởng của chúng đối với polymerase axit ribonucleic trên vi khuẩn. Đặc biệt thuận tiện khi thử nghiệm trên chúng để kích thích hoặc triệt tiêu các yếu tố riêng lẻ. Do tỷ lệ nhân của chúng cao, kết quả mong muốn có thể thu được tương đối nhanh chóng. Than ôi, nghiên cứu của con người không thể tiến hành với tốc độ nhanh như vậy do sự đa dạng về cấu trúc của chúng ta.
RNA polymerase "bén rễ" ở các dạng khác nhau như thế nào?
Bài báo này đang đi đến kết luận hợp lý của nó. Trọng tâm là sinh vật nhân chuẩn. Nhưng cũng có vi khuẩn cổ và vi rút. Vì vậy, tôi muốn lưu ý một chút đến các dạng sống này. Trong đời sống của vi khuẩn cổ chỉ có một nhóm RNA polymerase. Nhưng nó cực kỳ giống về tính chất của nó với ba liên kết của sinh vật nhân chuẩn. Nhiều nhà khoa học đã gợi ý rằng những gì chúng ta có thể quan sát được ở vi khuẩn cổ thực sự làtổ tiên tiến hóa của các polymerase chuyên biệt. Cấu trúc của virus cũng rất thú vị. Như đã đề cập trước đây, không phải tất cả các vi sinh vật như vậy đều có polymerase của riêng chúng. Và nó ở đâu, nó là một đơn vị con duy nhất. Các enzym của virus được cho là có nguồn gốc từ DNA polymerase hơn là các cấu trúc RNA phức tạp. Mặc dù, do sự đa dạng của nhóm vi sinh vật này, có những cách triển khai cơ chế sinh học được coi là khác nhau.
Kết
Than ôi, ngay bây giờ nhân loại vẫn chưa có tất cả thông tin cần thiết để hiểu bộ gen. Và những gì có thể được thực hiện! Hầu hết tất cả các bệnh về cơ bản đều có cơ sở di truyền - điều này chủ yếu áp dụng cho các loại vi rút thường xuyên gây ra cho chúng ta các vấn đề, nhiễm trùng, v.v. Trên thực tế, những căn bệnh nan y và phức tạp nhất cũng phụ thuộc trực tiếp hoặc gián tiếp vào hệ gen của con người. Khi chúng ta học cách hiểu bản thân và áp dụng kiến thức này vào lợi ích của mình, một số lượng lớn các vấn đề và bệnh tật sẽ đơn giản là không còn tồn tại. Nhiều căn bệnh khủng khiếp trước đây, chẳng hạn như bệnh đậu mùa và bệnh dịch hạch, đã trở thành dĩ vãng. Chuẩn bị đến đó quai bị, ho gà. Nhưng chúng ta không nên thư giãn, bởi vì chúng ta vẫn phải đối mặt với một số lượng lớn các thách thức khác nhau cần được giải đáp. Và anh ấy sẽ được tìm thấy, vì mọi thứ đều đang hướng tới điều này.
