Jeder, der Molekularbiologie, Biochemie, Gentechnik und eine Reihe anderer verwandter Wissenschaften studiert, stellt sich früher oder später die Frage: Welche Funktion hat die RNA-Polymerase? Dies ist ein ziemlich komplexes Thema, das noch nicht vollständig erforscht ist, aber dennoch wird das, was bekannt ist, im Rahmen des Artikels behandelt.
Allgemeine Informationen
Man muss bedenken, dass es eine RNA-Polymerase von Eukaryoten und Prokaryoten gibt. Die erste wird weiter in drei Typen unterteilt, von denen jeder für die Transkription einer separaten Gruppe von Genen verantwortlich ist. Diese Enzyme werden der Einfachheit halber als erste, zweite und dritte RNA-Polymerase bezeichnet. Der Prokaryont, dessen Struktur kernfrei ist, verhält sich bei der Transkription nach einem vereinfachten Schema. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden daher Eukaryoten berücksichtigt, um so viele Informationen wie möglich abzudecken. RNA-Polymerasen sind einander strukturell ähnlich. Es wird angenommen, dass sie mindestens 10 Polypeptidketten enth alten. Gleichzeitig synthetisiert (transkribiert) die RNA-Polymerase 1 Gene, die anschließend in verschiedene Proteine übersetzt werden. Die zweite ist die Transkription von Genen, die anschließend in Proteine übersetzt werden. RNA-Polymerase 3 wird durch eine Vielzahl von stabilen Enzymen mit niedrigem Molekulargewicht repräsentiert, die mäßigempfindlich auf Alpha-Amatin. Aber wir haben uns noch nicht entschieden, was RNA-Polymerase ist! So heißen die Enzyme, die an der Synthese von Ribonukleinsäuremolekülen beteiligt sind. Im engeren Sinne sind damit DNA-abhängige RNA-Polymerasen gemeint, die auf Basis einer Desoxyribonukleinsäure-Matrize agieren. Enzyme sind für das langfristige und erfolgreiche Funktionieren lebender Organismen von großer Bedeutung. RNA-Polymerasen kommen in allen Zellen und den meisten Viren vor.
Unterteilung nach Merkmalen
Je nach Zusammensetzung der Untereinheit werden RNA-Polymerasen in zwei Gruppen eingeteilt:
- Der erste befasst sich mit der Transkription einer kleinen Anzahl von Genen in einfachen Genomen. Zum Funktionieren sind in diesem Fall keine aufwendigen Regulierungsmaßnahmen erforderlich. Dazu gehören also alle Enzyme, die nur aus einer Untereinheit bestehen. Ein Beispiel ist die RNA-Polymerase von Bakteriophagen und Mitochondrien.
- Diese Gruppe umfasst alle RNA-Polymerasen von Eukaryoten und Bakterien, die komplex sind. Sie sind komplizierte Proteinkomplexe mit mehreren Untereinheiten, die Tausende verschiedener Gene transkribieren können. Während ihrer Funktion reagieren diese Gene auf eine Vielzahl regulatorischer Signale, die von Proteinfaktoren und Nukleotiden stammen.
Eine solche strukturell-funktionale Trennung ist eine sehr bedingte und starke Vereinfachung der realen Sachlage.
Was macht RNA-Polymerase I?
Ihnen wird die Funktion der Grundbildung zugewiesenrRNA-Gentranskripte, das heißt, sie sind die wichtigsten. Letztere sind besser bekannt unter der Bezeichnung 45S-RNA. Ihre Länge beträgt ungefähr 13.000 Nukleotide. Daraus werden 28S-RNA, 18S-RNA und 5,8S-RNA gebildet. Dadurch, dass nur ein Transkriptor zu ihrer Bildung verwendet wird, erhält der Körper eine „Garantie“, dass die Moleküle in gleichen Mengen gebildet werden. Gleichzeitig werden nur 7.000 Nukleotide verwendet, um RNA direkt zu erzeugen. Der Rest des Transkripts wird im Zellkern abgebaut. Bezüglich eines so großen Rests gibt es die Meinung, dass er für die frühen Stadien der Ribosomenbildung notwendig ist. Die Zahl dieser Polymerasen in den Zellen höherer Wesen schwankt um die Marke von 40.000 Einheiten.
Wie ist es organisiert?
Also haben wir die erste RNA-Polymerase (prokaryotische Struktur des Moleküls) bereits gut betrachtet. Gleichzeitig haben große Untereinheiten sowie eine große Anzahl anderer Polypeptide mit hohem Molekulargewicht gut definierte funktionelle und strukturelle Domänen. Beim Klonen von Genen und der Bestimmung ihrer Primärstruktur identifizierten Wissenschaftler evolutionär konservative Abschnitte der Ketten. Unter Verwendung von Good Expression führten die Forscher auch Mutationsanalysen durch, die es uns ermöglichen, über die funktionelle Bedeutung einzelner Domänen zu sprechen. Dazu wurden mittels ortsgerichteter Mutagenese einzelne Aminosäuren in Polypeptidketten verändert und solche modifizierten Untereinheiten beim Zusammenbau von Enzymen mit anschließender Analyse der erh altenen Eigenschaften dieser Konstrukte verwendet. Es wurde festgestellt, dass aufgrund seiner Organisation die erste RNA-Polymerase aufdas Vorhandensein von Alpha-Alatin (eine hochgiftige Substanz, die aus dem blassen Taucher stammt) reagiert überhaupt nicht.
Betrieb
Sowohl die erste als auch die zweite RNA-Polymerase können in zwei Formen existieren. Einer von ihnen kann handeln, um eine spezifische Transkription zu initiieren. Die zweite ist DNA-abhängige RNA-Polymerase. Diese Beziehung manifestiert sich in der Größe der Aktivität des Funktionierens. Das Thema wird noch untersucht, aber es ist bereits bekannt, dass es von zwei Transkriptionsfaktoren abhängt, die als SL1 und UBF bezeichnet werden. Letzteres hat die Besonderheit, dass es direkt an den Promotor binden kann, während SL1 die Anwesenheit von UBF erfordert. Obwohl experimentell festgestellt wurde, dass DNA-abhängige RNA-Polymerase an der Transkription auf minimalem Niveau und ohne die Anwesenheit der letzteren teilnehmen kann. Aber für das normale Funktionieren dieses Mechanismus wird UBF immer noch benötigt. Warum genau? Die Ursache für dieses Verh alten konnte bisher nicht ermittelt werden. Eine der beliebtesten Erklärungen besagt, dass UBF während seines Wachstums und seiner Entwicklung als eine Art Stimulator der rDNA-Transkription wirkt. Wenn die Ruhephase eintritt, wird das minimal erforderliche Funktionsniveau aufrechterh alten. Und für ihn ist die Beteiligung von Transkriptionsfaktoren unkritisch. So funktioniert die RNA-Polymerase. Die Funktionen dieses Enzyms ermöglichen es uns, den Prozess der Vermehrung der kleinen "Bausteine" unseres Körpers zu unterstützen, wodurch er seit Jahrzehnten ständig aktualisiert wird.
Zweite Enzymgruppe
Ihre Funktion wird durch den Zusammenbau eines Multiprotein-Präinitiationskomplexes von Promotoren der zweiten Klasse reguliert. Meistens äußert sich dies in der Arbeit mit speziellen Proteinen - Aktivatoren. Ein Beispiel ist TVR. Dies sind die zugehörigen Faktoren, die Teil von TFIID sind. Sie sind Ziele für p53, NF kappa B und so weiter. Auch Proteine, sogenannte Koaktivatoren, üben ihren Einfluss auf den Regulationsprozess aus. Ein Beispiel ist GCN5. Warum werden diese Proteine benötigt? Sie fungieren als Adapter, die das Zusammenspiel von Aktivatoren und Faktoren anpassen, die im Präinitiationskomplex enth alten sind. Damit die Transkription korrekt ablaufen kann, ist das Vorhandensein der notwendigen initiierenden Faktoren notwendig. Obwohl es sechs davon gibt, kann nur einer direkt mit dem Promoter interagieren. Für andere Fälle wird ein vorgeformter zweiter RNA-Polymerase-Komplex benötigt. Darüber hinaus befinden sich während dieser Prozesse die proximalen Elemente in der Nähe – nur 50–200 Paare von der Stelle entfernt, an der die Transkription begann. Sie enth alten einen Hinweis auf die Bindung von Aktivatorproteinen.
Besonderheiten
Beeinflusst die Struktur der Untereinheiten von Enzymen unterschiedlichen Ursprungs ihre funktionelle Rolle bei der Transkription? Es gibt keine genaue Antwort auf diese Frage, aber es wird angenommen, dass sie höchstwahrscheinlich positiv ist. Wie hängt die RNA-Polymerase davon ab? Die Funktionen von Enzymen mit einfacher Struktur sind die Transkription einer begrenzten Anzahl von Genen (oder sogar ihrer kleinen Teile). Ein Beispiel ist die Synthese von RNA-Primern von Okazaki-Fragmenten. Die Promotorspezifität der RNA-Polymerase von Bakterien und Phagen besteht darin, dass die Enzyme einfach aufgebaut sind und sich in ihrer Diversität nicht unterscheiden. Dies kann am Prozess der DNA-Replikation in Bakterien gesehen werden. Obwohl man dies auch in Betracht ziehen kann: Als die komplexe Struktur des Genoms eines geraden T-Phagen untersucht wurde, bei dessen Entwicklung ein mehrfaches Umsch alten der Transkription zwischen verschiedenen Gengruppen festgestellt wurde, stellte sich heraus, dass eine komplexe Wirts-RNA-Polymerase verwendet wurde dafür. Das heißt, in solchen Fällen wird kein einfaches Enzym induziert. Daraus folgt eine Reihe von Konsequenzen:
- Eukaryotische und bakterielle RNA-Polymerase sollten unterschiedliche Promotoren erkennen können.
- Es ist notwendig, dass Enzyme eine bestimmte Reaktion auf verschiedene regulatorische Proteine haben.
- RNA-Polymerase sollte auch in der Lage sein, die Erkennungsspezifität der Nukleotidsequenz der Matrizen-DNA zu verändern. Dazu werden verschiedene Proteineffektoren verwendet.
Ab hier folgt der Bedarf des Körpers an zusätzlichen "Bauelementen". Die Proteine des Transkriptionskomplexes helfen der RNA-Polymerase, ihre Funktionen vollständig zu erfüllen. Dies gilt in weitem Umfang für Enzyme mit komplexer Struktur, in deren Möglichkeiten die Implementierung eines umfangreichen Programms zur Implementierung genetischer Informationen steht. Dank verschiedener Aufgaben können wir eine Art Hierarchie in der Struktur der RNA-Polymerasen beobachten.
Wie funktioniert der Transkriptionsprozess?
Gibt es ein Gen, das für die Kommunikation mit verantwortlich ist?RNA-Polymerase? Zunächst zur Transkription: Bei Eukaryoten findet der Prozess im Zellkern statt. Bei Prokaryoten findet es im Mikroorganismus selbst statt. Die Polymerase-Wechselwirkung beruht auf dem grundlegenden Strukturprinzip der komplementären Paarung einzelner Moleküle. In Bezug auf Interaktionsfragen können wir sagen, dass DNA ausschließlich als Vorlage dient und sich während der Transkription nicht verändert. Da DNA ein integrales Enzym ist, kann man mit Sicherheit sagen, dass ein bestimmtes Gen für dieses Polymer verantwortlich ist, aber es wird sehr lang sein. Es sollte nicht vergessen werden, dass DNA 3,1 Milliarden Nukleotidreste enthält. Daher wäre es angemessener zu sagen, dass jede Art von RNA für ihre eigene DNA verantwortlich ist. Damit die Polymerase-Reaktion ablaufen kann, werden Energiequellen und Ribonukleosidtriphosphat-Substrate benötigt. In ihrer Gegenwart werden 3', 5'-Phosphodiesterbindungen zwischen Ribonukleosidmonophosphaten gebildet. Die Synthese des RNA-Moleküls beginnt in bestimmten DNA-Sequenzen (Promotoren). Dieser Prozess endet an den Abschlussabschnitten (Terminierung). Die Stelle, um die es hier geht, wird als Transkription bezeichnet. Bei Eukaryoten gibt es hier in der Regel nur ein Gen, während Prokaryoten mehrere Abschnitte des Codes haben können. Jede Transkription hat eine nicht-informative Zone. Sie enth alten spezifische Nukleotidsequenzen, die mit den zuvor erwähnten regulatorischen Transkriptionsfaktoren interagieren.
Bakterielle RNA-Polymerasen
DieseMikroorganismen ist ein Enzym für die Synthese von mRNA, rRNA und tRNA verantwortlich. Das durchschnittliche Polymerasemolekül hat etwa 5 Untereinheiten. Zwei davon wirken als Bindungselemente des Enzyms. Eine weitere Untereinheit ist an der Initiierung der Synthese beteiligt. Es gibt auch eine Enzymkomponente für die unspezifische Bindung an DNA. Und die letzte Untereinheit ist daran beteiligt, die RNA-Polymerase in eine Arbeitsform zu bringen. Es ist zu beachten, dass die Enzymmoleküle nicht "frei" im Zytoplasma der Bakterien schweben. Wenn sie nicht verwendet werden, binden RNA-Polymerasen an unspezifische DNA-Regionen und warten darauf, dass sich ein aktiver Promotor öffnet. Etwas vom Thema abweichend sollte gesagt werden, dass es sehr bequem ist, Proteine und ihre Wirkung auf Ribonukleinsäure-Polymerasen auf Bakterien zu untersuchen. Es ist besonders praktisch, damit zu experimentieren, um einzelne Elemente zu stimulieren oder zu unterdrücken. Aufgrund ihrer hohen Multiplikationsrate kann das gewünschte Ergebnis relativ schnell erzielt werden. Leider kann die menschliche Forschung aufgrund unserer strukturellen Vielf alt nicht so schnell voranschreiten.
Wie hat sich die RNA-Polymerase in verschiedenen Formen "wurzeln lassen"?
Dieser Artikel kommt zu seinem logischen Schluss. Der Fokus lag auf Eukaryoten. Aber es gibt auch Archaeen und Viren. Daher möchte ich diesen Lebensformen ein wenig Aufmerksamkeit schenken. Im Leben der Archaea gibt es nur eine Gruppe von RNA-Polymerasen. Aber es ist in seinen Eigenschaften den drei Verbänden der Eukaryoten sehr ähnlich. Viele Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass das, was wir in Archaea beobachten können, tatsächlich istevolutionärer Vorfahr spezialisierter Polymerasen. Interessant ist auch die Struktur von Viren. Wie bereits erwähnt, haben nicht alle diese Mikroorganismen ihre eigene Polymerase. Und wo es ist, ist es eine einzelne Untereinheit. Es wird angenommen, dass virale Enzyme eher von DNA-Polymerasen als von komplexen RNA-Konstrukten stammen. Aufgrund der Vielf alt dieser Gruppe von Mikroorganismen gibt es jedoch unterschiedliche Implementierungen des betrachteten biologischen Mechanismus.
Schlussfolgerung
Leider hat die Menschheit derzeit noch nicht alle notwendigen Informationen, um das Genom zu verstehen. Und was wäre zu tun! Fast alle Krankheiten haben grundsätzlich eine genetische Grundlage – das gilt in erster Linie für Viren, die uns ständig Probleme bereiten, für Infektionen und so weiter. Auch die komplexesten und unheilbarsten Krankheiten sind direkt oder indirekt vom menschlichen Genom abhängig. Wenn wir lernen, uns selbst zu verstehen und dieses Wissen zu unserem Vorteil anzuwenden, werden viele Probleme und Krankheiten einfach verschwinden. Viele früher schlimme Krankheiten wie Pocken und Pest gehören bereits der Vergangenheit an. Vorbereitung auf Mumps, Keuchhusten. Aber wir sollten uns nicht entspannen, denn wir stehen noch vor einer Vielzahl unterschiedlicher Herausforderungen, die beantwortet werden müssen. Und er wird gefunden werden, denn alles steuert darauf zu.
