Todo mundo que estuda biologia molecular, bioquímica, engenharia genética e várias outras ciências relacionadas mais cedo ou mais tarde faz a pergunta: qual é a função da RNA polimerase? Este é um tema bastante complexo, que ainda não foi totalmente explorado, mas, no entanto, o que se sabe será abordado no âmbito do artigo.
Informações gerais
É necessário lembrar que existe uma RNA polimerase de eucariotos e procariontes. O primeiro é dividido em três tipos, cada um dos quais é responsável pela transcrição de um grupo separado de genes. Essas enzimas são numeradas para simplificar como a primeira, segunda e terceira RNA polimerases. O procarioto, cuja estrutura é livre de núcleos, durante a transcrição age de acordo com um esquema simplificado. Portanto, para maior clareza, a fim de cobrir o máximo de informações possível, os eucariotos serão considerados. As RNA polimerases são estruturalmente semelhantes entre si. Acredita-se que contenham pelo menos 10 cadeias polipeptídicas. Ao mesmo tempo, a RNA polimerase 1 sintetiza (transcreve) genes que serão posteriormente traduzidos em várias proteínas. A segunda é a transcrição de genes, que são posteriormente traduzidos em proteínas. A RNA polimerase 3 é representada por uma variedade de enzimas estáveis de baixo peso molecular quesensível à alfa-amatina. Mas ainda não decidimos o que é a RNA polimerase! Este é o nome das enzimas que estão envolvidas na síntese de moléculas de ácido ribonucleico. Em sentido estrito, isso se refere a RNA polimerases dependentes de DNA que atuam com base em um molde de ácido desoxirribonucleico. As enzimas são de grande importância para o funcionamento a longo prazo e bem-sucedido dos organismos vivos. As RNA polimerases são encontradas em todas as células e na maioria dos vírus.
Divisão por características
Dependendo da composição da subunidade, as RNA polimerases são divididas em dois grupos:
- A primeira trata da transcrição de um pequeno número de genes em genomas simples. Para funcionar neste caso, não são necessárias ações regulatórias complexas. Portanto, isso inclui todas as enzimas que consistem em apenas uma subunidade. Um exemplo é a RNA polimerase de bacteriófagos e mitocôndrias.
- Este grupo inclui todas as RNA polimerases de eucariotos e bactérias, que são complexas. Eles são complexos complexos de proteínas com várias subunidades que podem transcrever milhares de genes diferentes. Durante seu funcionamento, esses genes respondem a um grande número de sinais regulatórios provenientes de fatores proteicos e nucleotídeos.
Tal divisão estrutural-funcional é uma simplificação muito condicional e forte do estado real das coisas.
O que a RNA polimerase eu faço?
A elas é atribuída a função de formartranscritos de genes de rRNA, ou seja, eles são os mais importantes. Estes últimos são mais conhecidos sob a designação 45S-RNA. Seu comprimento é de aproximadamente 13 mil nucleotídeos. 28S-RNA, 18S-RNA e 5,8S-RNA são formados a partir dele. Devido ao fato de apenas um transcritor ser utilizado para criá-las, o organismo recebe uma “garantia” de que as moléculas serão formadas em quantidades iguais. Ao mesmo tempo, apenas 7 mil nucleotídeos são usados para criar RNA diretamente. O resto da transcrição é degradado no núcleo. Em relação a um resíduo tão grande, há uma opinião de que é necessário para os estágios iniciais da formação de ribossomos. O número dessas polimerases nas células dos seres superiores oscila em torno de 40 mil unidades.
Como está organizado?
Então, já consideramos bem a primeira RNA polimerase (estrutura procariótica da molécula). Ao mesmo tempo, grandes subunidades, bem como um grande número de outros polipeptídeos de alto peso molecular, possuem domínios funcionais e estruturais bem definidos. Durante a clonagem de genes e a determinação de sua estrutura primária, os cientistas identificaram seções evolutivamente conservadoras das cadeias. Usando boa expressão, os pesquisadores também realizaram análises mutacionais, o que nos permite falar sobre o significado funcional de domínios individuais. Para isso, utilizando mutagênese sítio-dirigida, aminoácidos individuais foram alterados em cadeias polipeptídicas, e tais subunidades modificadas foram utilizadas na montagem de enzimas com posterior análise das propriedades que foram obtidas nesses construtos. Notou-se que devido à sua organização, a primeira RNA polimerase ema presença de alfa-amatina (uma substância altamente tóxica derivada do grebe pálido) não reage de forma alguma.
Operação
A primeira e a segunda RNA polimerase podem existir em duas formas. Um deles pode atuar para iniciar a transcrição específica. A segunda é a RNA polimerase dependente de DNA. Essa relação se manifesta na magnitude da atividade de funcionamento. O tema ainda está sob investigação, mas já se sabe que depende de dois fatores de transcrição, que são designados como SL1 e UBF. A peculiaridade deste último é que ele pode se ligar diretamente ao promotor, enquanto o SL1 requer a presença de UBF. Embora tenha sido verificado experimentalmente que a RNA polimerase dependente de DNA pode participar da transcrição em um nível mínimo e sem a presença desta última. Mas para o funcionamento normal deste mecanismo, ainda é necessária a UBF. Por que exatamente? Até o momento, não foi possível estabelecer o motivo desse comportamento. Uma das explicações mais populares sugere que o UBF atua como uma espécie de estimulador de transcrição de rDNA à medida que cresce e se desenvolve. Quando ocorre a fase de repouso, o nível mínimo de funcionamento exigido é mantido. E para ele, a participação dos fatores de transcrição não é crítica. É assim que a RNA polimerase funciona. As funções desta enzima nos permitem apoiar o processo de reprodução dos pequenos "blocos de construção" do nosso corpo, graças aos quais é constantemente atualizado por décadas.
Segundo grupo de enzimas
Seu funcionamento é regulado pela montagem de um complexo de pré-iniciação multiproteica de promotores de segunda classe. Na maioria das vezes, isso é expresso no trabalho com proteínas especiais - ativadores. Um exemplo é o TVR. Esses são os fatores associados que fazem parte do TFIID. Eles são alvos para p53, NF kappa B e assim por diante. As proteínas, chamadas coativadoras, também exercem sua influência no processo de regulação. Um exemplo é GCN5. Por que essas proteínas são necessárias? Atuam como adaptadores que ajustam a interação de ativadores e fatores que estão incluídos no complexo de pré-iniciação. Para que a transcrição ocorra corretamente, é necessária a presença dos fatores iniciadores necessários. Apesar de serem seis, apenas um pode interagir diretamente com o promotor. Para outros casos, é necessário um segundo complexo de RNA polimerase pré-formado. Além disso, durante esses processos, os elementos proximais estão próximos - apenas 50-200 pares do local onde a transcrição começou. Eles contêm uma indicação da ligação de proteínas ativadoras.
Recursos Especiais
A estrutura de subunidades de enzimas de diferentes origens afeta seu papel funcional na transcrição? Não há uma resposta exata para essa pergunta, mas acredita-se que seja provavelmente positiva. Como a RNA polimerase depende disso? As funções das enzimas de estrutura simples são a transcrição de uma gama limitada de genes (ou mesmo de suas pequenas partes). Um exemplo é a síntese de primers de RNA de fragmentos de Okazaki. A especificidade do promotor da RNA polimerase de bactérias e fagos é que as enzimas têm uma estrutura simples e não diferem em diversidade. Isso pode ser visto no processo de replicação do DNA em bactérias. Embora também se possa considerar isso: quando a estrutura complexa do genoma de um fago T par foi estudada, durante o desenvolvimento do qual foi observada a troca múltipla de transcrição entre diferentes grupos de genes, foi revelado que uma RNA polimerase hospedeira complexa foi usada por esta. Ou seja, uma enzima simples não é induzida em tais casos. Uma série de consequências decorrem disso:
- A RNA polimerase eucariótica e bacteriana deve ser capaz de reconhecer diferentes promotores.
- É necessário que as enzimas tenham uma certa resposta a diferentes proteínas reguladoras.
- RNA polimerase também deve ser capaz de alterar a especificidade de reconhecimento da sequência de nucleotídeos do DNA molde. Para isso, vários efetores de proteínas são usados.
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A partir daqui segue a necessidade do corpo de elementos de "construção" adicionais. As proteínas do complexo de transcrição ajudam a RNA polimerase a desempenhar plenamente suas funções. Isso se aplica, em grande medida, a enzimas de estrutura complexa, em cujas possibilidades a implementação de um extenso programa de implementação de informação genética. Graças a várias tarefas, podemos observar uma espécie de hierarquia na estrutura das RNA polimerases.
Como funciona o processo de transcrição?
Existe um gene responsável pela comunicação comRNA polimerase? Primeiro, sobre a transcrição: em eucariotos, o processo ocorre no núcleo. Nos procariontes, ocorre dentro do próprio microrganismo. A interação da polimerase é baseada no princípio estrutural fundamental do pareamento complementar de moléculas individuais. Com relação às questões de interação, podemos dizer que o DNA atua exclusivamente como molde e não muda durante a transcrição. Como o DNA é uma enzima integral, é possível dizer com certeza que um determinado gene é responsável por esse polímero, mas será muito longo. Não se deve esquecer que o DNA contém 3,1 bilhões de resíduos de nucleotídeos. Portanto, seria mais apropriado dizer que cada tipo de RNA é responsável por seu próprio DNA. Para que a reação da polimerase ocorra, são necessárias fontes de energia e substratos de ribonucleosídeo trifosfato. Na sua presença, as ligações 3', 5'-fosfodiéster são formadas entre monofosfatos de ribonucleosídeos. A molécula de RNA começa a ser sintetizada em determinadas sequências de DNA (promotores). Este processo termina nas seções de terminação (terminação). O local que está envolvido aqui é chamado de transcrição. Em eucariotos, como regra, há apenas um gene aqui, enquanto os procariontes podem ter várias seções do código. Cada transcrição tem uma zona não informativa. Eles contêm sequências de nucleotídeos específicas que interagem com os fatores reguladores de transcrição mencionados anteriormente.
RNA polimerase bacteriana
Essesmicrorganismos uma enzima é responsável pela síntese de mRNA, rRNA e tRNA. A molécula de polimerase média tem aproximadamente 5 subunidades. Dois deles atuam como elementos de ligação da enzima. Outra subunidade está envolvida na iniciação da síntese. Há também um componente enzimático para ligação não específica ao DNA. E a última subunidade está envolvida em trazer a RNA polimerase para uma forma de trabalho. Deve-se notar que as moléculas enzimáticas não estão "livres" flutuando no citoplasma bacteriano. Quando não estão em uso, as RNA polimerases se ligam a regiões não específicas do DNA e aguardam a abertura de um promotor ativo. Fugindo um pouco do tópico, deve-se dizer que é muito conveniente estudar proteínas e seu efeito nas polimerases de ácido ribonucleico em bactérias. É especialmente conveniente experimentá-los para estimular ou suprimir elementos individuais. Devido à sua alta taxa de multiplicação, o resultado desejado pode ser obtido de forma relativamente rápida. Infelizmente, a pesquisa humana não pode prosseguir em um ritmo tão rápido devido à nossa diversidade estrutural.
Como a RNA polimerase "criou raízes" em diferentes formas?
Este artigo está chegando à sua conclusão lógica. O foco estava em eucariotos. Mas também existem archaea e vírus. Portanto, gostaria de prestar um pouco de atenção a essas formas de vida. Na vida das archaea, existe apenas um grupo de RNA polimerases. Mas é extremamente semelhante em suas propriedades às três associações de eucariotos. Muitos cientistas sugeriram que o que podemos observar em archaea é na verdadeancestral evolutivo das polimerases especializadas. A estrutura dos vírus também é interessante. Como mencionado anteriormente, nem todos esses microrganismos possuem sua própria polimerase. E onde está, é uma única subunidade. Acredita-se que as enzimas virais sejam derivadas de DNA polimerases em vez de construções complexas de RNA. Porém, devido à diversidade desse grupo de microrganismos, existem diferentes implementações do mecanismo biológico considerado.
Conclusão
Infelizmente, neste momento a humanidade ainda não possui todas as informações necessárias para entender o genoma. E o que poderia ser feito! Quase todas as doenças têm basicamente uma base genética - isso se aplica principalmente a vírus que constantemente nos causam problemas, a infecções e assim por diante. As doenças mais complexas e incuráveis também são, de fato, direta ou indiretamente dependentes do genoma humano. Quando aprendermos a nos entender e aplicar esse conhecimento a nosso favor, um grande número de problemas e doenças simplesmente deixará de existir. Muitas doenças anteriormente terríveis, como varíola e peste, já se tornaram coisa do passado. Preparando-se para ir lá caxumba, coqueluche. Mas não devemos relaxar, porque ainda enfrentamos um grande número de desafios diferentes que precisam ser respondidos. E ele será encontrado, pois tudo está caminhando para isso.
