Молекул биологи, биохими, генийн инженерчлэл болон бусад холбогдох шинжлэх ухааныг судалж буй хүн бүр эрт орой хэзээ нэгэн цагт РНХ полимераза ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ гэсэн асуултыг тавьдаг. Энэ бол нэлээд төвөгтэй сэдэв бөгөөд одоог хүртэл бүрэн судлагдаагүй байгаа хэдий ч мэдэгдэж байгаа зүйлийг нийтлэлийн хүрээнд авч үзэх болно.
Ерөнхий мэдээлэл
Эукариот ба прокариотуудын РНХ полимераз байдгийг санах хэрэгтэй. Эхнийх нь гурван төрөлд хуваагддаг бөгөөд тус бүр нь тусдаа бүлгийн генийн транскрипцийг хариуцдаг. Эдгээр ферментүүдийг энгийн байх үүднээс эхний, хоёр, гурав дахь РНХ полимераз гэж дугаарласан. Бүтэц нь цөмгүй байдаг прокариот нь транскрипцийн явцад хялбаршуулсан схемийн дагуу ажилладаг. Тиймээс тодорхой болгохын тулд аль болох их мэдээллийг хамрахын тулд эукариотуудыг авч үзэх болно. РНХ полимеразууд нь бүтцийн хувьд бие биетэйгээ төстэй байдаг. Тэдгээр нь дор хаяж 10 полипептидийн гинж агуулдаг гэж үздэг. Үүний зэрэгцээ РНХ полимераз 1 нь дараа нь янз бүрийн уураг болгон хувиргах генийг нэгтгэдэг (хуваариалдаг). Хоёр дахь нь генийг хуулбарлаж, дараа нь уураг болгон хувиргадаг. РНХ полимераз 3 нь бага молекул жинтэй тогтвортой ферментүүдээр төлөөлдөг.альфа аматинд мэдрэмтгий. Гэхдээ бид РНХ полимераз гэж юу болохыг шийдээгүй байна! Энэ нь рибонуклейн хүчлийн молекулуудын нийлэгжилтэнд оролцдог ферментүүдийн нэр юм. Нарийн утгаараа энэ нь дезоксирибонуклеины хүчлийн загварт суурилсан ДНХ-ээс хамааралтай РНХ полимеразуудыг хэлдэг. Ферментүүд нь амьд организмын урт хугацааны, амжилттай үйл ажиллагаанд чухал ач холбогдолтой юм. РНХ полимеразууд бүх эс болон ихэнх вируст байдаг.
Онцлогоор нь хуваах
Дэд нэгжийн найрлагаас хамааран РНХ полимеразуудыг хоёр бүлэгт хуваадаг:
- Эхнийх нь энгийн геном дахь цөөн тооны генийн транскрипцийг авч үздэг. Энэ тохиолдолд ажиллахын тулд нарийн төвөгтэй зохицуулалтын арга хэмжээ авах шаардлагагүй. Тиймээс үүнд зөвхөн нэг дэд нэгжээс бүрддэг бүх ферментүүд орно. Жишээ нь бактериофаг ба митохондрийн РНХ полимераза юм.
- Энэ бүлэгт эукариот ба бактерийн бүх РНХ полимеразууд багтдаг ба эдгээр нь нарийн төвөгтэй байдаг. Эдгээр нь олон мянган өөр өөр генийг хуулбарлаж чаддаг нарийн төвөгтэй олон дэд нэгж уургийн цогцолбор юм. Эдгээр генүүд нь үйл ажиллагааныхаа явцад уургийн хүчин зүйл болон нуклеотидуудаас ирдэг олон тооны зохицуулалтын дохионд хариу үйлдэл үзүүлдэг.
Ийм бүтэц-үйл ажиллагааны хуваагдал нь бодит байдлыг маш болзолт бөгөөд хүчтэй хялбарчлах явдал юм.
Би РНХ полимераза юу хийдэг вэ?
Тэдэнд анхан шатны нэгж үүсгэх үүрэгтэйrRNA генийн транскрипт, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь хамгийн чухал юм. Сүүлийнх нь 45S-РНХ гэсэн нэрээр илүү алдартай. Тэдний урт нь ойролцоогоор 13 мянган нуклеотид юм. Үүнээс 28S-РНХ, 18S-РНХ, 5,8S-РНХ үүсдэг. Тэдгээрийг бий болгоход зөвхөн нэг транскриптор ашигладаг тул бие нь молекулууд тэнцүү хэмжээгээр үүсэх "баталгаа" авдаг. Үүний зэрэгцээ шууд РНХ үүсгэхийн тулд ердөө 7 мянган нуклеотид ашигладаг. Үлдсэн хуулбар нь цөмд доройтдог. Ийм том үлдэгдлийн тухайд энэ нь рибосом үүсэх эхний үе шатанд зайлшгүй шаардлагатай гэсэн үзэл бодолтой байдаг. Дээд биетүүдийн эс дэх эдгээр полимеразын тоо 40 мянган нэгж орчим хэлбэлздэг.
Ямар зохион байгуулалттай вэ?
Тиймээс бид анхны РНХ полимеразыг (молекулын прокариот бүтэц) аль хэдийн сайн авч үзсэн. Үүний зэрэгцээ том дэд нэгжүүд, түүнчлэн бусад олон тооны өндөр молекул жинтэй полипептидүүд нь сайн тодорхойлогдсон функциональ болон бүтцийн домайнуудтай байдаг. Генүүдийг клончлох, тэдгээрийн анхдагч бүтцийг тодорхойлох явцад эрдэмтэд гинжин хэлхээний хувьслын консерватив хэсгүүдийг тодорхойлсон. Сайн илэрхийлэл ашиглан судлаачид мутацийн шинжилгээ хийсэн бөгөөд энэ нь бие даасан домэйнуудын функциональ ач холбогдлын талаар ярих боломжийг бидэнд олгодог. Үүнийг хийхийн тулд сайт руу чиглэсэн мутагенезийг ашиглан бие даасан амин хүчлүүдийг полипептидийн гинжин хэлхээнд өөрчилсөн бөгөөд ийм өөрчилсөн дэд нэгжүүдийг ферментийн угсралтад ашигласан бөгөөд дараа нь эдгээр бүтцээс олж авсан шинж чанаруудад дүн шинжилгээ хийсэн. Зохион байгуулалттай учраас анхны РНХ полимераз ажиллаж байгааг тэмдэглэвальфа-аматин (цайвар шар өвсөөс гаргаж авсан маш хортой бодис) байгаа нь огт хариу үйлдэл үзүүлэхгүй.
Үйл ажиллагаа
Нэг ба хоёр дахь РНХ полимеразууд хоёр хэлбэрээр байж болно. Тэдний нэг нь тодорхой транскрипцийг эхлүүлэхийн тулд ажиллаж чадна. Хоёр дахь нь ДНХ-ээс хамааралтай РНХ полимераз юм. Энэ хамаарал нь үйл ажиллагааны үйл ажиллагааны цар хүрээгээр илэрдэг. Энэ сэдвийг судалж байгаа боловч энэ нь SL1 болон UBF гэж тодорхойлсон хоёр транскрипцийн хүчин зүйлээс хамаардаг нь аль хэдийн мэдэгдэж байна. Сүүлчийн онцлог нь дэмжигчтэй шууд холбогдож чаддаг бол SL1 нь UBF байхыг шаарддаг. Хэдийгээр туршилтаар ДНХ-ээс хамааралтай РНХ полимераз нь транскрипцид хамгийн бага түвшинд, сүүлийнх нь оролцоогүйгээр оролцдог болохыг олж мэдсэн. Гэхдээ энэ механизмын хэвийн үйл ажиллагаанд UBF шаардлагатай хэвээр байна. Яагаад яг? Одоогоор энэ зан үйлийн шалтгааныг тогтоох боломжгүй байна. Хамгийн алдартай тайлбаруудын нэг нь UBF нь ургаж, хөгжихийн хэрээр rDNA транскрипцийн өдөөгч үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна. Амрах үе эхлэхэд шаардлагатай хамгийн бага үйл ажиллагааны түвшинг хадгална. Мөн түүний хувьд транскрипцийн хүчин зүйлсийн оролцоо чухал биш юм. РНХ полимераза нь ингэж ажилладаг. Энэхүү ферментийн үйл ажиллагаа нь бидний биеийн жижиг "барилгын материал" -ыг нөхөн үржих үйл явцыг дэмжих боломжийг олгодог бөгөөд үүний ачаар олон арван жилийн турш байнга шинэчлэгддэг.
Хоёр дахь бүлгийн ферментүүд
Тэдний үйл ажиллагаа нь 2-р зэрэглэлийн дэмжигч олон уургийн урьдчилсан цогцолборыг угсрах замаар зохицуулагддаг. Ихэнхдээ энэ нь тусгай уураг - идэвхжүүлэгчтэй ажиллахад илэрхийлэгддэг. Жишээ нь TVR. Эдгээр нь TFIID-ийн нэг хэсэг болох холбогдох хүчин зүйлүүд юм. Эдгээр нь p53, NF kappa B гэх мэтийн бай юм. Коактиватор гэж нэрлэгддэг уураг нь зохицуулалтын үйл явцад нөлөө үзүүлдэг. Жишээ нь GCN5 юм. Эдгээр уураг яагаад хэрэгтэй вэ? Тэд идэвхжүүлэгчийн харилцан үйлчлэлийг тохируулах адаптерийн үүрэг гүйцэтгэдэг, эхлэлийн өмнөх цогцолборт багтсан хүчин зүйлүүд. Транскрипц зөв явагдахын тулд шаардлагатай эхлэлийн хүчин зүйлүүд байх шаардлагатай. Тэдгээрийн зургаа нь байгаа хэдий ч зөвхөн нэг нь промоутертай шууд харьцах боломжтой. Бусад тохиолдолд урьдчилан бэлтгэсэн хоёр дахь РНХ полимеразын цогцолбор шаардлагатай. Түүнээс гадна эдгээр процессын үед проксимал элементүүд ойрхон байдаг - транскрипц эхэлсэн газраас ердөө 50-200 хос. Эдгээр нь идэвхжүүлэгч уургуудыг холбосон шинж тэмдгийг агуулдаг.
Тусгай онцлог
Өөр өөр гарал үүсэлтэй ферментийн дэд нэгжийн бүтэц нь тэдгээрийн транскрипцэд гүйцэтгэх үүрэгт нөлөөлдөг үү? Энэ асуултад тодорхой хариулт байхгүй ч энэ нь эерэг байх магадлалтай гэж үздэг. РНХ полимераз үүнээс хэрхэн хамаардаг вэ? Энгийн бүтцийн ферментийн үүрэг бол хязгаарлагдмал хүрээний генийн (эсвэл бүр жижиг хэсгүүдийн) транскрипц юм. Жишээ нь Оказаки фрагментийн РНХ праймеруудын нийлэгжилт юм. Бактери ба фагийн РНХ полимеразын промоторын өвөрмөц байдал нь ферментүүд нь энгийн бүтэцтэй бөгөөд олон янз байдалаараа ялгаатай байдаггүй. Үүнийг бактери дахь ДНХ-ийн хуулбарлах үйл явцаас харж болно. Үүнийг бас авч үзэх боломжтой: жигд Т-фагийн геномын нарийн төвөгтэй бүтцийг судалж, боловсруулах явцад янз бүрийн бүлгийн генүүдийн хооронд олон транскрипцийн шилжилт ажиглагдаж байх үед нарийн төвөгтэй хост РНХ полимеразыг ашигласан болох нь тогтоогджээ. үүний төлөө. Өөрөөр хэлбэл, ийм тохиолдолд энгийн ферментийг өдөөдөггүй. Үүнээс хэд хэдэн үр дагавар гарч байна:
- Эукариот ба бактерийн РНХ полимераз нь өөр өөр дэмжигчийг таних чадвартай байх ёстой.
- Ферментүүд янз бүрийн зохицуулалтын уурагт тодорхой хариу үйлдэл үзүүлэх шаардлагатай.
- РНХ полимераз нь загвар ДНХ-ийн нуклеотидын дарааллыг таних өвөрмөц чанарыг өөрчлөх чадвартай байх ёстой. Үүний тулд янз бүрийн уургийн нөлөөллийг ашигладаг.
Эндээс биеийн нэмэлт "барилгын" элементүүдийн хэрэгцээ гарч ирдэг. Транскрипцийн цогцолборын уургууд нь РНХ полимеразыг үүргээ бүрэн гүйцэтгэхэд тусалдаг. Энэ нь генетикийн мэдээллийг хэрэгжүүлэх өргөн хүрээний хөтөлбөрийг хэрэгжүүлэх боломж бүхий нарийн төвөгтэй бүтэцтэй ферментүүдэд хамгийн их хамаатай. Төрөл бүрийн даалгаврын ачаар бид РНХ полимеразын бүтцэд нэг төрлийн шаталсан байдлыг ажиглаж чадна.
Транскрипцийн процесс хэрхэн ажилладаг вэ?
Холбоо барих үүрэгтэй ген байдаг ууРНХ полимераз? Нэгдүгээрт, транскрипцийн тухай: эукариотуудад процесс нь цөмд тохиолддог. Прокариотуудад энэ нь бичил биетний дотор явагддаг. Полимеразын харилцан үйлчлэл нь бие даасан молекулуудын нэмэлт хосолсон бүтцийн үндсэн зарчим дээр суурилдаг. Харилцааны асуудлын хувьд ДНХ нь зөвхөн загвар хэлбэрээр ажилладаг бөгөөд транскрипцийн явцад өөрчлөгддөггүй гэж хэлж болно. ДНХ нь салшгүй фермент учраас энэ полимерийг тодорхой ген хариуцдаг гэдгийг баттай хэлж болох ч энэ нь маш урт байх болно. ДНХ нь 3.1 тэрбум нуклеотидын үлдэгдэл агуулдаг гэдгийг мартаж болохгүй. Тиймээс РНХ-ийн төрөл бүр өөрийн ДНХ-ийг хариуцдаг гэж хэлэх нь илүү зөв байх болно. Полимеразын урвал явагдахын тулд эрчим хүчний эх үүсвэр, рибонуклеозид трифосфатын субстрат шаардлагатай. Тэдний дэргэд рибонуклеозидын монофосфатуудын хооронд 3', 5'-фосфодиэфирийн холбоо үүсдэг. РНХ молекул нь тодорхой ДНХ-ийн дараалалд (промотор) нийлэгжиж эхэлдэг. Энэ үйл явц нь дуусгавар болох хэсгүүдэд дуусна. Энд байгаа сайтыг транскриптон гэж нэрлэдэг. Эукариотуудад дүрмээр бол энд зөвхөн нэг ген байдаг бол прокариотууд кодын хэд хэдэн хэсэгтэй байж болно. Транскриптон бүр нь мэдээллийн бус бүстэй байдаг. Эдгээр нь өмнө дурдсан зохицуулалтын транскрипцийн хүчин зүйлүүдтэй харилцан үйлчилдэг тусгай нуклеотидын дарааллыг агуулдаг.
Бактерийн РНХ полимеразууд
Эдгээрбичил биетний хувьд нэг фермент нь мРНХ, рРНХ, тРНХ-ийн нийлэгжилтийг хариуцдаг. Дундаж полимеразын молекул нь ойролцоогоор 5 дэд нэгжтэй байдаг. Тэдний хоёр нь ферментийг холбогч элементийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Өөр нэг дэд хэсэг нь синтезийг эхлүүлэхэд оролцдог. Мөн ДНХ-тэй өвөрмөц бус холбогдох ферментийн бүрэлдэхүүн хэсэг байдаг. Сүүлийн дэд хэсэг нь РНХ полимеразыг ажлын хэлбэрт оруулахад оролцдог. Ферментийн молекулууд нь бактерийн цитоплазмд "чөлөөт" хөвдөггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Ашиглаагүй үед РНХ полимеразууд нь ДНХ-ийн өвөрмөц бус хэсгүүдтэй холбогдож, идэвхтэй дэмжигч нээгдэхийг хүлээнэ. Сэдвээс бага зэрэг ухарч, уураг, тэдгээрийн бактери дахь рибонуклеины хүчлийн полимеразуудад үзүүлэх нөлөөг судлах нь маш тохиромжтой гэдгийг хэлэх хэрэгтэй. Бие даасан элементүүдийг өдөөх эсвэл дарах зорилгоор тэдгээрийг турших нь ялангуяа тохиромжтой байдаг. Тэдний үржүүлгийн өндөр хурдтай тул хүссэн үр дүнг харьцангуй хурдан авах боломжтой. Харамсалтай нь бидний бүтцийн олон янз байдлаас шалтгаалан хүний судалгаа ийм хурдацтай явагдаж чадахгүй байна.
РНХ полимераз хэрхэн өөр өөр хэлбэрээр "үндэс авсан" бэ?
Энэ нийтлэл логик дүгнэлтэд хүрч байна. Гол анхаарал нь эукариотуудад байв. Гэхдээ бас архей, вирус байдаг. Тиймээс эдгээр амьдралын хэлбэрүүдэд бага зэрэг анхаарал хандуулмаар байна. Археагийн амьдралд зөвхөн нэг бүлэг РНХ полимераза байдаг. Гэхдээ энэ нь шинж чанараараа эукариотуудын гурван холбоотой маш төстэй юм. Олон эрдэмтэд архейгаас ажиглаж болох зүйл бол үнэндээ юм гэж үздэгтусгай полимеразуудын хувьслын өвөг. Вирусын бүтэц нь бас сонирхолтой юм. Өмнө дурьдсанчлан ийм бичил биетүүд бүгд өөрийн гэсэн полимеразтай байдаггүй. Мөн энэ нь хаана байна, энэ нь нэг дэд нэгж юм. Вирусын ферментүүд нь нарийн төвөгтэй РНХ-ийн бүтэц биш харин ДНХ полимеразаас гаралтай гэж үздэг. Хэдийгээр энэ бүлгийн бичил биетний олон янз байдлаас шалтгаалан авч үзсэн биологийн механизмын хэрэгжилт өөр өөр байдаг.
Дүгнэлт
Харамсалтай нь, хүн төрөлхтөнд геномыг ойлгоход шаардлагатай бүх мэдээлэл одоогоор алга байна. Тэгээд юу хийж болох вэ! Бараг бүх өвчин үндсэндээ удамшлын үндэстэй байдаг - энэ нь юуны түрүүнд бидэнд байнга асуудал үүсгэдэг вирус, халдвар гэх мэт. Хамгийн нарийн төвөгтэй, эдгэршгүй өвчин нь хүний геномоос шууд болон шууд бусаар хамаардаг. Бид өөрсдийгөө ойлгож, энэ мэдлэгээ өөрт ашигтайгаар ашиглаж сурахад олон тооны асуудал, өвчин зүгээр л зогсох болно. Салхин цэцэг, тахал зэрэг өмнө нь байсан аймшигт олон өвчин аль хэдийн өнгөрсөн зүйл болон хувирчээ. Тэнд очихоор бэлтгэж байна гахайн хавдар, хөхүүл ханиалга. Гэхдээ бид тайвширч болохгүй, учир нь бид хариулах шаардлагатай олон тооны янз бүрийн сорилтуудтай тулгарсаар байна. Бүх зүйл үүн рүү чиглэж байгаа тул түүнийг олох болно.
