همه کسانی که زیست شناسی مولکولی، بیوشیمی، مهندسی ژنتیک و تعدادی دیگر از علوم مرتبط را مطالعه می کنند دیر یا زود این سوال را مطرح می کنند: وظیفه RNA پلیمراز چیست؟ این موضوع نسبتاً پیچیده ای است که هنوز به طور کامل بررسی نشده است، اما، با این وجود، آنچه شناخته شده است در چارچوب مقاله پوشش داده خواهد شد.
اطلاعات عمومی
لازم به یادآوری است که یک RNA پلیمراز از یوکاریوت ها و پروکاریوت ها وجود دارد. نوع اول بیشتر به سه نوع تقسیم می شود که هر کدام مسئول رونویسی گروه جداگانه ای از ژن ها هستند. این آنزیم ها برای سادگی به عنوان RNA پلیمرازهای اول، دوم و سوم شماره گذاری می شوند. پروکاریوت، که ساختار آن بدون هسته است، در طول رونویسی بر اساس یک طرح ساده عمل می کند. بنابراین، برای وضوح، به منظور پوشش هر چه بیشتر اطلاعات، یوکاریوت ها در نظر گرفته خواهد شد. RNA پلیمرازها از نظر ساختاری مشابه یکدیگر هستند. اعتقاد بر این است که آنها حاوی حداقل 10 زنجیره پلی پپتیدی هستند. در همان زمان، RNA پلیمراز 1 ژن هایی را سنتز (رونویسی) می کند که متعاقباً به پروتئین های مختلف ترجمه می شوند. دومی ژن‌های رونویسی است که متعاقباً به پروتئین‌ها ترجمه می‌شوند. RNA پلیمراز 3 با انواع آنزیم های پایدار با وزن مولکولی کم نشان داده می شود که به طور متوسطحساس به آلفا آماتین اما ما تصمیم نگرفته ایم که RNA پلیمراز چیست! این نام آنزیم هایی است که در سنتز مولکول های اسید ریبونوکلئیک نقش دارند. در معنای محدود، این به RNA پلیمرازهای وابسته به DNA اشاره دارد که بر اساس یک الگوی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک عمل می کنند. آنزیم ها برای عملکرد طولانی مدت و موفقیت آمیز موجودات زنده اهمیت زیادی دارند. RNA پلیمرازها در همه سلول ها و اکثر ویروس ها یافت می شوند.
تقسیم بر اساس ویژگی
بسته به ترکیب زیر واحد، RNA پلیمرازها به دو گروه تقسیم می شوند:
- نخستین به رونویسی تعداد کمی از ژن ها در ژنوم های ساده می پردازد. برای عملکرد در این مورد، اقدامات نظارتی پیچیده مورد نیاز نیست. بنابراین، این شامل تمام آنزیم هایی است که فقط از یک زیر واحد تشکیل شده اند. یک مثال RNA پلیمراز باکتریوفاژها و میتوکندری است.
- این گروه شامل تمام RNA پلیمرازهای یوکاریوت ها و باکتری ها است که پیچیده هستند. آنها مجتمع های پروتئینی چند زیر واحدی پیچیده ای هستند که می توانند هزاران ژن مختلف را رونویسی کنند. این ژن ها در طول عملکرد خود به تعداد زیادی سیگنال تنظیمی که از فاکتورهای پروتئینی و نوکلئوتیدها می آیند پاسخ می دهند.
چنین تقسیم بندی ساختاری-عملکردی ساده سازی بسیار مشروط و قوی از وضعیت واقعی امور است.
RNA پلیمراز من چه کار می کند؟
به آنها وظیفه تشکیل اولیه اختصاص داده شده استرونوشت های ژن rRNA، یعنی مهمترین آنها هستند. دومی بیشتر با نام 45S-RNA شناخته می شود. طول آنها تقریباً 13 هزار نوکلئوتید است. 28S-RNA، 18S-RNA و 5،8S-RNA از آن تشکیل می شود. با توجه به این واقعیت که تنها یک رونویس برای ایجاد آنها استفاده می شود، بدن "ضمانت" دریافت می کند که مولکول ها در مقادیر مساوی تشکیل می شوند. در همان زمان، تنها 7 هزار نوکلئوتید برای ایجاد RNA به طور مستقیم استفاده می شود. بقیه رونوشت در هسته تجزیه می شود. با توجه به چنین باقیمانده بزرگ، این نظر وجود دارد که برای مراحل اولیه تشکیل ریبوزوم ضروری است. تعداد این پلیمرازها در سلولهای موجودات بالاتر در حدود 40 هزار واحد در نوسان است.
چگونه سازماندهی شده است؟
بنابراین، ما قبلاً اولین RNA پلیمراز (ساختار پروکاریوتی مولکول) را به خوبی در نظر گرفته ایم. در عین حال، زیرواحدهای بزرگ، و همچنین تعداد زیادی از پلی پپتیدهای با وزن مولکولی بالا، دارای حوزه های عملکردی و ساختاری کاملاً مشخصی هستند. در طول شبیه‌سازی ژن‌ها و تعیین ساختار اولیه آنها، دانشمندان بخش‌های محافظه‌کار تکاملی زنجیره‌ها را شناسایی کردند. با استفاده از بیان خوب، محققان همچنین تجزیه و تحلیل جهشی را انجام دادند که به ما امکان می دهد در مورد اهمیت عملکردی حوزه های فردی صحبت کنیم. برای انجام این کار، با استفاده از جهش زایی به سمت سایت، اسیدهای آمینه منفرد در زنجیره های پلی پپتیدی تغییر یافتند و چنین زیرواحدهای اصلاح شده در مونتاژ آنزیم ها با تجزیه و تحلیل بعدی خواصی که در این سازه ها به دست آمد استفاده شدند. اشاره شد که به دلیل سازماندهی آن، اولین RNA پلیمراز بر رویوجود آلفا آماتین (ماده ای بسیار سمی که از خارپشت کم رنگ به دست می آید) به هیچ وجه واکنش نشان نمی دهد.
عملیات
هر دو RNA پلیمراز اول و دوم می توانند به دو شکل وجود داشته باشند. یکی از آنها می تواند برای شروع رونویسی خاص اقدام کند. دوم RNA پلیمراز وابسته به DNA است. این رابطه در بزرگی فعالیت عملکرد آشکار می شود. موضوع هنوز تحت بررسی است، اما از قبل مشخص شده است که به دو عامل رونویسی بستگی دارد که به عنوان SL1 و UBF تعیین می شوند. ویژگی دومی این است که می تواند مستقیماً به پروموتر متصل شود، در حالی که SL1 به حضور UBF نیاز دارد. اگرچه به طور تجربی مشخص شد که RNA پلیمراز وابسته به DNA می تواند در رونویسی در حداقل سطح و بدون حضور دومی شرکت کند. اما برای عملکرد طبیعی این مکانیسم، UBF هنوز مورد نیاز است. چرا دقیقا؟ تاکنون دلیل این رفتار مشخص نشده است. یکی از محبوب ترین توضیحات نشان می دهد که UBF به عنوان نوعی محرک رونویسی rDNA هنگام رشد و توسعه عمل می کند. هنگامی که مرحله استراحت رخ می دهد، حداقل سطح مورد نیاز عملکرد حفظ می شود. و برای او مشارکت فاکتورهای رونویسی حیاتی نیست. RNA پلیمراز اینگونه عمل می کند. عملکرد این آنزیم به ما این امکان را می دهد که از فرآیند بازتولید "بلوک های سازنده" کوچک بدن خود پشتیبانی کنیم، که به لطف آن برای چندین دهه دائماً به روز می شود.
گروه دوم آنزیم
عملکرد آنها توسط مونتاژ یک مجموعه چند پروتئینی پیش از شروع پروموترهای کلاس دوم تنظیم می شود. اغلب این در کار با پروتئین های ویژه - فعال کننده ها بیان می شود. یک مثال TVR است. اینها عوامل مرتبطی هستند که بخشی از TFIID هستند. آنها اهداف p53، NF kappa B و غیره هستند. پروتئین ها که کواکتیواتور نامیده می شوند نیز تأثیر خود را در روند تنظیم اعمال می کنند. یک مثال GCN5 است. چرا این پروتئین ها مورد نیاز است؟ آنها به عنوان آداپتورهایی عمل می کنند که تعامل فعال کننده ها و عواملی را که در مجموعه پیش از شروع گنجانده شده اند، تنظیم می کنند. برای اینکه رونویسی به درستی انجام شود، وجود عوامل آغازگر لازم ضروری است. علیرغم این واقعیت که شش مورد از آنها وجود دارد، تنها یکی می تواند به طور مستقیم با پروموتور تعامل داشته باشد. برای موارد دیگر، یک کمپلکس RNA پلیمراز دوم از پیش ساخته شده مورد نیاز است. علاوه بر این، در طول این فرآیندها، عناصر پروگزیمال در نزدیکی هستند - فقط 50-200 جفت از محلی که رونویسی شروع شد. آنها حاوی نشانه ای از اتصال پروتئین های فعال کننده هستند.
ویژگی های ویژه
آیا ساختار زیر واحد آنزیم های با منشاء مختلف بر نقش عملکردی آنها در رونویسی تأثیر می گذارد؟ پاسخ دقیقی برای این سوال وجود ندارد، اما اعتقاد بر این است که به احتمال زیاد مثبت است. چگونه RNA پلیمراز به این بستگی دارد؟ عملکرد آنزیم های یک ساختار ساده، رونویسی محدوده محدودی از ژن ها (یا حتی بخش های کوچک آنها) است. به عنوان مثال، سنتز آغازگرهای RNA قطعات اوکازاکی است.ویژگی پروموتر RNA پلیمراز باکتری ها و فاژها این است که آنزیم ها ساختار ساده ای دارند و از نظر تنوع تفاوتی ندارند. این را می توان در فرآیند تکثیر DNA در باکتری ها مشاهده کرد. اگرچه می توان این را نیز در نظر گرفت: هنگامی که ساختار پیچیده ژنوم یک فاژ T یکنواخت مورد مطالعه قرار گرفت، که در طول توسعه آن سوئیچینگ رونویسی چندگانه بین گروه های مختلف ژن ها مشاهده شد، مشخص شد که از یک RNA پلیمراز میزبان پیچیده استفاده شده است. برای این. یعنی یک آنزیم ساده در چنین مواردی القا نمی شود. تعدادی از پیامدها از این نتیجه می گیرند:
- RNA پلیمراز یوکاریوتی و باکتریایی باید قادر به تشخیص محرک های مختلف باشد.
- لازم است که آنزیم ها پاسخ خاصی به پروتئین های تنظیمی مختلف داشته باشند.
- RNA پلیمراز همچنین باید بتواند ویژگی تشخیص توالی نوکلئوتیدی DNA الگو را تغییر دهد. برای این کار از عوامل مختلف پروتئین استفاده می شود.
از اینجا به دنبال نیاز بدن به عناصر "ساختمان" اضافی است. پروتئین های کمپلکس رونویسی به RNA پلیمراز کمک می کند تا عملکردهای خود را به طور کامل انجام دهد. این امر تا حد زیادی در مورد آنزیم های یک ساختار پیچیده صدق می کند که در آن امکان اجرای یک برنامه گسترده برای اجرای اطلاعات ژنتیکی وجود دارد. به لطف وظایف مختلف، ما می توانیم نوعی سلسله مراتب را در ساختار RNA پلیمرازها مشاهده کنیم.
روند رونویسی چگونه کار می کند؟
آیا ژنی وجود دارد که مسئول ارتباط با آن استRNA پلیمراز؟ اول، در مورد رونویسی: در یوکاریوت ها، این فرآیند در هسته اتفاق می افتد. در پروکاریوت ها، درون خود میکروارگانیسم اتفاق می افتد. برهمکنش پلیمراز بر اساس اصل ساختاری اصلی جفت شدن مکمل مولکول های منفرد است. با توجه به مسائل متقابل، می توان گفت که DNA منحصراً به عنوان یک الگو عمل می کند و در طول رونویسی تغییر نمی کند. از آنجایی که DNA یک آنزیم انتگرال است، می توان با اطمینان گفت که یک ژن خاص مسئول این پلیمر است، اما بسیار طولانی خواهد بود. نباید فراموش کرد که DNA حاوی 3.1 میلیارد باقیمانده نوکلئوتید است. بنابراین، بهتر است بگوییم که هر نوع RNA مسئول DNA خود است. برای ادامه واکنش پلیمراز، منابع انرژی و بسترهای ریبونوکلئوزید تری فسفات مورد نیاز است. در حضور آنها، پیوندهای 3'، 5'-فسفودی استر بین مونوفسفات های ریبونوکلئوزیدی تشکیل می شود. مولکول RNA شروع به سنتز در توالی های DNA خاصی (پرموتر) می کند. این فرآیند در قسمت های پایانی (پایان) به پایان می رسد. سایتی که در اینجا درگیر است، رونوشت نامیده می شود. در یوکاریوت ها، به عنوان یک قاعده، تنها یک ژن در اینجا وجود دارد، در حالی که پروکاریوت ها می توانند چندین بخش از کد را داشته باشند. هر رونوشت دارای یک منطقه غیر اطلاعاتی است. آنها حاوی توالی های نوکلئوتیدی خاصی هستند که با فاکتورهای رونویسی تنظیمی که قبلاً ذکر شد تعامل دارند.
RNA پلیمرازهای باکتریایی
اینهامیکروارگانیسم ها یک آنزیم مسئول سنتز mRNA، rRNA و tRNA است. متوسط مولکول پلیمراز تقریباً 5 زیر واحد دارد. دو مورد از آنها به عنوان عناصر اتصال آنزیم عمل می کنند. زیرواحد دیگری در شروع سنتز نقش دارد. همچنین یک جزء آنزیمی برای اتصال غیر اختصاصی به DNA وجود دارد. و آخرین زیرواحد در آوردن RNA پلیمراز به شکل کار نقش دارد. لازم به ذکر است که مولکول های آنزیم "آزاد" در سیتوپلاسم باکتری شناور نیستند. هنگامی که از RNA پلیمرازها استفاده نمی شود، به مناطق غیر اختصاصی DNA متصل می شوند و منتظر می مانند تا یک پروموتر فعال باز شود. با کمی فاصله گرفتن از موضوع، باید گفت که مطالعه پروتئین ها و تأثیر آنها بر پلیمرازهای اسید ریبونوکلئیک روی باکتری ها بسیار راحت است. آزمایش روی آنها برای تحریک یا سرکوب عناصر فردی بسیار راحت است. با توجه به سرعت ضرب زیاد آنها می توان نتیجه مطلوب را نسبتاً سریع به دست آورد. افسوس که تحقیقات انسانی به دلیل تنوع ساختاری ما نمی تواند با چنین سرعتی ادامه یابد.
چگونه RNA پلیمراز به اشکال مختلف "ریشه کرد"؟
این مقاله به نتیجه منطقی خود می رسد. تمرکز روی یوکاریوت ها بود. اما باستان‌شناسی و ویروس‌ها نیز وجود دارند. بنابراین، من می خواهم کمی به این اشکال زندگی توجه کنم. در زندگی باستانی ها، تنها یک گروه از RNA پلیمرازها وجود دارد. اما از نظر خواص بسیار شبیه به سه انجمن یوکاریوت ها است. بسیاری از دانشمندان پیشنهاد کرده اند که آنچه ما می توانیم در باستان شناسی مشاهده کنیم در واقع همین استجد تکاملی پلیمرازهای تخصصی ساختار ویروس ها نیز جالب است. همانطور که قبلا ذکر شد، همه این میکروارگانیسم ها پلیمراز خاص خود را ندارند. و جایی که هست، یک زیر واحد است. تصور می شود که آنزیم های ویروسی از DNA پلیمرازها به جای ساختارهای پیچیده RNA مشتق می شوند. اگرچه به دلیل تنوع این گروه از میکروارگانیسم ها، مکانیسم های بیولوژیکی در نظر گرفته شده پیاده سازی های مختلفی وجود دارد.
نتیجه گیری
افسوس، در حال حاضر بشر هنوز تمام اطلاعات لازم برای درک ژنوم را ندارد. و چه می توان کرد! تقریباً همه بیماری ها اساساً یک پایه ژنتیکی دارند - این در درجه اول مربوط به ویروس هایی است که دائماً برای ما مشکل ایجاد می کنند ، عفونت ها و غیره. پیچیده ترین و صعب العلاج ترین بیماری ها نیز در واقع به طور مستقیم یا غیرمستقیم به ژنوم انسان وابسته هستند. وقتی یاد بگیریم خودمان را درک کنیم و این دانش را به نفع خود به کار ببریم، تعداد زیادی از مشکلات و بیماری ها به سادگی وجود ندارند. بسیاری از بیماری‌های وحشتناک قبلی، مانند آبله و طاعون، قبلاً به گذشته تبدیل شده‌اند. آماده شدن برای رفتن به آنجا اوریون، سیاه سرفه. اما ما نباید آرام باشیم، زیرا هنوز با تعداد زیادی چالش مختلف روبرو هستیم که باید به آنها پاسخ داده شود. و او پیدا خواهد شد، زیرا همه چیز به این سمت می رود.
