Setiap orang yang mempelajari biologi molekuler, biokimia, rekayasa genetika dan sejumlah ilmu terkait lainnya cepat atau lambat akan bertanya: apa fungsi RNA polimerase? Ini adalah topik yang agak kompleks, yang masih belum sepenuhnya dieksplorasi, tetapi, bagaimanapun, apa yang diketahui akan dibahas dalam kerangka artikel.
Informasi umum
Perlu diingat bahwa ada RNA polimerase eukariota dan prokariota. Yang pertama dibagi lagi menjadi tiga jenis, yang masing-masing bertanggung jawab atas transkripsi kelompok gen yang terpisah. Enzim-enzim ini diberi nomor untuk kesederhanaan sebagai RNA polimerase pertama, kedua, dan ketiga. Prokariota, yang strukturnya bebas nuklir, selama transkripsi bertindak sesuai dengan skema yang disederhanakan. Oleh karena itu, untuk kejelasan, untuk mencakup informasi sebanyak mungkin, eukariota akan dipertimbangkan. RNA polimerase secara struktural mirip satu sama lain. Mereka diyakini mengandung setidaknya 10 rantai polipeptida. Pada saat yang sama, RNA polimerase 1 mensintesis (mentranskripsi) gen yang selanjutnya akan diterjemahkan ke dalam berbagai protein. Yang kedua adalah menyalin gen, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein. RNA polimerase 3 diwakili oleh berbagai enzim stabil dengan berat molekul rendah yang cukupsensitif terhadap alfa amatin. Tetapi kami belum memutuskan apa itu RNA polimerase! Ini adalah nama enzim yang terlibat dalam sintesis molekul asam ribonukleat. Dalam arti sempit, ini mengacu pada polimerase RNA yang bergantung pada DNA yang bekerja berdasarkan template asam deoksiribonukleat. Enzim sangat penting untuk fungsi jangka panjang dan keberhasilan organisme hidup. RNA polimerase ditemukan di semua sel dan sebagian besar virus.
Pembagian berdasarkan fitur
Bergantung pada komposisi subunit, RNA polimerase dibagi menjadi dua kelompok:
- Yang pertama membahas transkripsi sejumlah kecil gen dalam genom sederhana. Untuk berfungsi dalam kasus ini, tindakan pengaturan yang rumit tidak diperlukan. Oleh karena itu, ini termasuk semua enzim yang hanya terdiri dari satu subunit. Contohnya adalah RNA polimerase bakteriofag dan mitokondria.
- Grup ini mencakup semua RNA polimerase eukariota dan bakteri, yang kompleks. Mereka adalah kompleks protein multi-subunit yang rumit yang dapat mentranskripsikan ribuan gen yang berbeda. Selama fungsinya, gen-gen ini merespons sejumlah besar sinyal regulasi yang berasal dari faktor protein dan nukleotida.
Pembagian struktural-fungsional seperti itu adalah penyederhanaan yang sangat bersyarat dan kuat dari keadaan sebenarnya.
Apa yang saya lakukan RNA polimerase?
Mereka diberi fungsi membentuk primertranskrip gen rRNA, yaitu, mereka adalah yang paling penting. Yang terakhir ini lebih dikenal dengan sebutan 45S-RNA. Panjangnya sekitar 13 ribu nukleotida. 28S-RNA, 18S-RNA dan 5.8S-RNA terbentuk darinya. Karena fakta bahwa hanya satu transkriptor yang digunakan untuk membuatnya, tubuh menerima "jaminan" bahwa molekul akan terbentuk dalam jumlah yang sama. Pada saat yang sama, hanya 7 ribu nukleotida yang digunakan untuk membuat RNA secara langsung. Sisa transkrip terdegradasi dalam nukleus. Mengenai residu yang begitu besar, ada pendapat bahwa itu diperlukan untuk tahap awal pembentukan ribosom. Jumlah polimerase ini dalam sel makhluk yang lebih tinggi berfluktuasi sekitar 40 ribu unit.
Bagaimana pengaturannya?
Jadi, kami telah mempertimbangkan dengan baik RNA polimerase pertama (struktur prokariotik dari molekul). Pada saat yang sama, subunit besar, serta sejumlah besar polipeptida berbobot molekul tinggi lainnya, memiliki domain fungsional dan struktural yang terdefinisi dengan baik. Selama kloning gen dan penentuan struktur primernya, para ilmuwan mengidentifikasi bagian rantai yang secara evolusioner konservatif. Menggunakan ekspresi yang baik, para peneliti juga melakukan analisis mutasi, yang memungkinkan kita untuk berbicara tentang signifikansi fungsional dari domain individu. Untuk melakukan ini, menggunakan mutagenesis terarah-situs, asam amino individu diubah dalam rantai polipeptida, dan subunit yang dimodifikasi tersebut digunakan dalam perakitan enzim dengan analisis selanjutnya dari sifat-sifat yang diperoleh dalam konstruksi ini. Tercatat bahwa karena organisasinya, RNA polimerase pertama padakeberadaan alpha-amatine (zat yang sangat beracun yang berasal dari grebe pucat) tidak bereaksi sama sekali.
Operasi
Baik RNA polimerase pertama dan kedua dapat eksis dalam dua bentuk. Salah satunya dapat bertindak untuk memulai transkripsi tertentu. Yang kedua adalah RNA polimerase yang bergantung pada DNA. Hubungan ini diwujudkan dalam besarnya aktivitas fungsi. Topiknya masih dalam penyelidikan, tetapi sudah diketahui bahwa itu tergantung pada dua faktor transkripsi, yang ditetapkan sebagai SL1 dan UBF. Keunikan yang terakhir adalah dapat langsung mengikat promotor, sedangkan SL1 membutuhkan kehadiran UBF. Meskipun secara eksperimental ditemukan bahwa RNA polimerase yang bergantung pada DNA dapat mengambil bagian dalam transkripsi pada tingkat minimal dan tanpa kehadiran yang terakhir. Namun untuk berfungsinya mekanisme ini secara normal, UBF tetap dibutuhkan. Mengapa tepatnya? Sejauh ini, belum mungkin untuk menetapkan alasan perilaku ini. Salah satu penjelasan paling populer menunjukkan bahwa UBF bertindak sebagai semacam stimulator transkripsi rDNA saat ia tumbuh dan berkembang. Ketika fase istirahat terjadi, tingkat fungsi minimum yang diperlukan dipertahankan. Dan baginya, partisipasi faktor transkripsi tidak penting. Beginilah cara kerja RNA polimerase. Fungsi enzim ini memungkinkan kita untuk mendukung proses reproduksi "blok pembangun" kecil tubuh kita, berkat yang terus diperbarui selama beberapa dekade.
Grup kedua enzim
Fungsinya diatur oleh perakitan kompleks pra-inisiasi multiprotein dari promotor kelas kedua. Paling sering ini diekspresikan dalam pekerjaan dengan protein khusus - aktivator. Contohnya adalah TVR. Ini adalah faktor terkait yang merupakan bagian dari TFIID. Mereka adalah target untuk p53, NF kappa B dan seterusnya. Protein, yang disebut koaktivator, juga memberikan pengaruhnya dalam proses regulasi. Contohnya adalah GCN5. Mengapa protein ini dibutuhkan? Mereka bertindak sebagai adaptor yang menyesuaikan interaksi aktivator dan faktor-faktor yang termasuk dalam kompleks pra-inisiasi. Agar transkripsi terjadi dengan benar, keberadaan faktor inisiasi yang diperlukan diperlukan. Terlepas dari kenyataan bahwa ada enam dari mereka, hanya satu yang dapat berinteraksi langsung dengan promotor. Untuk kasus lain, kompleks RNA polimerase kedua yang telah dibentuk sebelumnya diperlukan. Selain itu, selama proses ini, elemen proksimal berada di dekatnya - hanya 50-200 pasang dari situs tempat transkripsi dimulai. Mereka mengandung indikasi pengikatan protein aktivator.
Fitur Khusus
Apakah struktur subunit enzim dari asal yang berbeda mempengaruhi peran fungsionalnya dalam transkripsi? Tidak ada jawaban pasti untuk pertanyaan ini, tetapi diyakini bahwa kemungkinan besar itu positif. Bagaimana RNA polimerase bergantung pada ini? Fungsi enzim dari struktur sederhana adalah transkripsi gen terbatas (atau bahkan bagian kecilnya). Contohnya adalah sintesis primer RNA dari fragmen Okazaki. Spesifisitas promotor RNA polimerase bakteri dan fag adalah bahwa enzim memiliki struktur sederhana dan tidak berbeda dalam keragaman. Hal ini terlihat pada proses replikasi DNA pada bakteri. Meskipun orang juga dapat mempertimbangkan hal ini: ketika struktur kompleks genom dari fag-T yang genap dipelajari, selama pengembangan yang mencatat peralihan transkripsi ganda antara kelompok gen yang berbeda, terungkap bahwa RNA polimerase inang kompleks digunakan untuk ini. Artinya, enzim sederhana tidak diinduksi dalam kasus seperti itu. Sejumlah konsekuensi mengikuti dari ini:
- Eukariotik dan RNA polimerase bakteri harus dapat mengenali promotor yang berbeda.
- Enzim harus memiliki respons tertentu terhadap protein pengatur yang berbeda.
- RNA polimerase juga harus mampu mengubah spesifisitas pengenalan urutan nukleotida DNA cetakan. Untuk ini, berbagai efektor protein digunakan.
Dari sini mengikuti kebutuhan tubuh akan elemen "bangunan" tambahan. Protein kompleks transkripsi membantu RNA polimerase untuk sepenuhnya menjalankan fungsinya. Ini berlaku, untuk sebagian besar, untuk enzim dari struktur yang kompleks, dalam kemungkinan implementasi program ekstensif untuk implementasi informasi genetik. Berkat berbagai tugas, kita dapat mengamati semacam hierarki dalam struktur RNA polimerase.
Bagaimana cara kerja proses transkripsi?
Apakah ada gen yang bertanggung jawab untuk berkomunikasi denganRNA polimerase? Pertama, tentang transkripsi: pada eukariota, prosesnya terjadi di nukleus. Pada prokariota, itu terjadi di dalam mikroorganisme itu sendiri. Interaksi polimerase didasarkan pada prinsip struktural dasar dari pasangan komplementer molekul individu. Berkenaan dengan masalah interaksi, kita dapat mengatakan bahwa DNA bertindak secara eksklusif sebagai templat dan tidak berubah selama transkripsi. Karena DNA adalah enzim integral, adalah mungkin untuk mengatakan dengan pasti bahwa gen tertentu bertanggung jawab atas polimer ini, tetapi itu akan sangat panjang. Tidak boleh dilupakan bahwa DNA mengandung 3,1 miliar residu nukleotida. Oleh karena itu, akan lebih tepat untuk mengatakan bahwa setiap jenis RNA bertanggung jawab atas DNA-nya sendiri. Agar reaksi polimerase dapat berlangsung, sumber energi dan substrat ribonukleosida trifosfat diperlukan. Di hadapan mereka, ikatan 3', 5'-fosfodiester terbentuk antara ribonukleosida monofosfat. Molekul RNA mulai disintesis dalam urutan DNA tertentu (promotor). Proses ini berakhir pada bagian terminasi (termination). Situs yang terlibat di sini disebut transcripton. Pada eukariota, sebagai suatu peraturan, hanya ada satu gen di sini, sedangkan prokariota dapat memiliki beberapa bagian kode. Setiap transkripton memiliki zona non-informatif. Mereka mengandung urutan nukleotida spesifik yang berinteraksi dengan faktor transkripsi regulasi yang disebutkan sebelumnya.
Bakteri RNA polimerase
Inimikroorganisme satu enzim bertanggung jawab untuk sintesis mRNA, rRNA dan tRNA. Molekul polimerase rata-rata memiliki sekitar 5 subunit. Dua di antaranya bertindak sebagai elemen pengikat enzim. Subunit lain terlibat dalam inisiasi sintesis. Ada juga komponen enzim untuk pengikatan non-spesifik ke DNA. Dan subunit terakhir terlibat dalam membawa RNA polimerase ke dalam bentuk kerja. Perlu dicatat bahwa molekul enzim tidak "bebas" mengambang di sitoplasma bakteri. Saat tidak digunakan, RNA polimerase mengikat ke daerah non-spesifik DNA dan menunggu promotor aktif untuk membuka. Sedikit menyimpang dari topik, harus dikatakan bahwa sangat mudah untuk mempelajari protein dan pengaruhnya terhadap polimerase asam ribonukleat pada bakteri. Sangat mudah untuk bereksperimen pada mereka untuk merangsang atau menekan elemen individu. Karena tingkat perkaliannya yang tinggi, hasil yang diinginkan dapat diperoleh dengan relatif cepat. Sayangnya, penelitian manusia tidak dapat berjalan secepat itu karena keragaman struktural kita.
Bagaimana RNA polimerase "berakar" dalam berbagai bentuk?
Artikel ini sampai pada kesimpulan logisnya. Fokusnya adalah pada eukariota. Tetapi ada juga archaea dan virus. Oleh karena itu, saya ingin memberi sedikit perhatian pada bentuk-bentuk kehidupan ini. Dalam kehidupan archaea, hanya ada satu kelompok RNA polimerase. Tetapi sifatnya sangat mirip dengan tiga asosiasi eukariota. Banyak ilmuwan telah menyarankan bahwa apa yang dapat kita amati di archaea sebenarnya adalahnenek moyang evolusi polimerase khusus. Struktur virus juga menarik. Seperti disebutkan sebelumnya, tidak semua mikroorganisme tersebut memiliki polimerase sendiri. Dan di mana itu, itu adalah subunit tunggal. Enzim virus dianggap berasal dari DNA polimerase daripada konstruksi RNA kompleks. Meskipun, karena keragaman kelompok mikroorganisme ini, ada implementasi yang berbeda dari mekanisme biologis yang dipertimbangkan.
Kesimpulan
Sayangnya, saat ini umat manusia belum memiliki semua informasi yang diperlukan untuk memahami genom. Dan apa yang bisa dilakukan! Hampir semua penyakit pada dasarnya memiliki dasar genetik - ini terutama berlaku untuk virus yang terus-menerus menyebabkan masalah bagi kita, infeksi, dan sebagainya. Penyakit yang paling kompleks dan tidak dapat disembuhkan juga, pada kenyataannya, secara langsung atau tidak langsung bergantung pada genom manusia. Ketika kita belajar untuk memahami diri kita sendiri dan menerapkan pengetahuan ini untuk keuntungan kita, sejumlah besar masalah dan penyakit akan lenyap begitu saja. Banyak penyakit yang sebelumnya mengerikan, seperti cacar dan wabah, telah menjadi sesuatu dari masa lalu. Bersiap untuk pergi ke sana gondok, batuk rejan. Tapi kita tidak boleh santai, karena kita masih menghadapi banyak tantangan berbeda yang perlu dijawab. Dan dia akan ditemukan, karena semuanya mengarah ke sini.
