Յուրաքանչյուր ոք, ով ուսումնասիրում է մոլեկուլային կենսաբանություն, կենսաքիմիա, գենետիկական ճարտարագիտություն և մի շարք այլ հարակից գիտություններ, վաղ թե ուշ հարց է տալիս՝ ո՞րն է ՌՆԹ պոլիմերազի գործառույթը։ Սա բավականին բարդ թեմա է, որը դեռ ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ, բայց, այնուամենայնիվ, այն, ինչ հայտնի է, կանդրադառնա հոդվածի շրջանակներում։
Ընդհանուր տեղեկություններ
Պետք է հիշել, որ գոյություն ունի էուկարիոտների և պրոկարիոտների ՌՆԹ պոլիմերազ: Առաջինը հետագայում բաժանված է երեք տեսակի, որոնցից յուրաքանչյուրը պատասխանատու է գեների առանձին խմբի արտագրման համար։ Այս ֆերմենտները պարզության համար համարակալված են որպես առաջին, երկրորդ և երրորդ ՌՆԹ պոլիմերազներ: Պրոկարիոտը, որի կառուցվածքը միջուկից զերծ է, տառադարձման ժամանակ գործում է պարզեցված սխեմայի համաձայն։ Հետևաբար, պարզության համար, հնարավորինս շատ տեղեկատվություն լուսաբանելու համար, հաշվի կառնվեն էուկարիոտները: ՌՆԹ պոլիմերազները կառուցվածքով նման են միմյանց։ Ենթադրվում է, որ դրանք պարունակում են առնվազն 10 պոլիպեպտիդ շղթա: Միևնույն ժամանակ, ՌՆԹ պոլիմերազ 1-ը սինթեզում է (տառադարձում) գեները, որոնք հետագայում վերածվելու են տարբեր սպիտակուցների: Երկրորդը գեների արտագրումն է, որոնք հետագայում վերածվում են սպիտակուցների: ՌՆԹ պոլիմերազ 3-ը ներկայացված է ցածր մոլեկուլային քաշի կայուն ֆերմենտներով, որոնք չափավորզգայուն ալֆա ամատինի նկատմամբ: Բայց մենք չենք որոշել, թե ինչ է ՌՆԹ պոլիմերազը: այսպես են կոչվում այն ֆերմենտները, որոնք մասնակցում են ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլների սինթեզին։ Նեղ իմաստով դա վերաբերում է ԴՆԹ-ից կախված ՌՆԹ պոլիմերազներին, որոնք գործում են դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի կաղապարի հիման վրա։ Ֆերմենտները մեծ նշանակություն ունեն կենդանի օրգանիզմների երկարատև և հաջող գործունեության համար։ ՌՆԹ պոլիմերազները հայտնաբերված են բոլոր բջիջներում և վիրուսների մեծ մասում:
Բաժանում ըստ հատկանիշների
Կախված ենթամիավորի կազմից՝ ՌՆԹ պոլիմերազները բաժանվում են երկու խմբի՝
- Առաջինը վերաբերում է պարզ գենոմներում փոքր քանակությամբ գեների տառադարձմանը: Այս դեպքում գործելու համար համալիր կարգավորիչ գործողություններ չեն պահանջվում: Հետեւաբար, սա ներառում է բոլոր ֆերմենտները, որոնք բաղկացած են միայն մեկ ենթամիավորից: Օրինակ՝ բակտերիոֆագների և միտոքոնդրիաների ՌՆԹ պոլիմերազն է։
- Այս խումբը ներառում է էուկարիոտների և բակտերիաների բոլոր ՌՆԹ պոլիմերազները, որոնք բարդ են: Դրանք բարդ բազմաբնակարանային սպիտակուցային համալիրներ են, որոնք կարող են տառադարձել հազարավոր տարբեր գեների: Իրենց գործունեության ընթացքում այս գեները արձագանքում են մեծ թվով կարգավորող ազդանշանների, որոնք գալիս են սպիտակուցային գործոններից և նուկլեոտիդներից:
Նման կառուցվածքային-գործառական բաժանումը իրերի իրական վիճակի շատ պայմանական և ուժեղ պարզեցում է։
Ինչ է անում ՌՆԹ պոլիմերազը ես:
Նրանց վերագրված է առաջնային ձևավորման գործառույթrRNA գենի տրանսկրիպտները, այսինքն՝ դրանք ամենակարեւորն են։ Վերջիններս ավելի հայտնի են 45S-RNA անվանումով։ Դրանց երկարությունը մոտավորապես 13 հազար նուկլեոտիդ է։ Դրանից առաջանում են 28S-RNA, 18S-RNA եւ 5,8S-RNA: Շնորհիվ այն բանի, որ դրանք ստեղծելու համար օգտագործվում է միայն մեկ տառադարձիչ, մարմինը ստանում է «երաշխիք», որ մոլեկուլները կձևավորվեն հավասար քանակությամբ։ Ընդ որում, ուղղակիորեն ՌՆԹ-ի ստեղծման համար օգտագործվում է ընդամենը 7 հազար նուկլեոտիդ։ Արձանագրության մնացած մասը քայքայվում է միջուկում: Նման մեծ մնացորդի վերաբերյալ կարծիք կա, որ այն անհրաժեշտ է ռիբոսոմների առաջացման վաղ փուլերի համար։ Այս պոլիմերազների թիվը ավելի բարձր էակների բջիջներում տատանվում է 40 հազար միավորի սահմանագծի շուրջ։
Ինչպե՞ս է այն կազմակերպված?
Այսպիսով, մենք արդեն լավ դիտարկել ենք առաջին ՌՆԹ պոլիմերազը (մոլեկուլի պրոկարիոտիկ կառուցվածքը): Միևնույն ժամանակ, մեծ ենթամիավորները, ինչպես նաև մեծ թվով այլ բարձր մոլեկուլային պոլիպեպտիդներ, ունեն հստակ սահմանված ֆունկցիոնալ և կառուցվածքային տիրույթներ։ Գենների կլոնավորման և դրանց առաջնային կառուցվածքի որոշման ընթացքում գիտնականները հայտնաբերել են շղթաների էվոլյուցիոն պահպանողական հատվածներ: Օգտագործելով լավ արտահայտություն՝ հետազոտողները կատարել են նաև մուտացիոն վերլուծություն, որը թույլ է տալիս խոսել առանձին տիրույթների ֆունկցիոնալ նշանակության մասին։ Դա անելու համար, օգտագործելով տեղային ուղղորդված մուտագենեզը, անհատական ամինաթթուները փոխվեցին պոլիպեպտիդային շղթաներում, և նման ձևափոխված ենթամիավորները օգտագործվեցին ֆերմենտների հավաքման մեջ՝ այս կոնստրուկտներում ստացված հատկությունների հետագա վերլուծությամբ: Նշվեց, որ իր կազմակերպման շնորհիվ առաջին ՌՆԹ պոլիմերազը վրաալֆա-ամատինի առկայությունը (բարձր թունավոր նյութ, որը ստացվում է գունատ թրթուրից) ընդհանրապես չի արձագանքում:
Օպերացիա
Եվ առաջին և երկրորդ ՌՆԹ պոլիմերազները կարող են գոյություն ունենալ երկու ձևով: Նրանցից մեկը կարող է գործել կոնկրետ տառադարձություն սկսելու համար: Երկրորդը ԴՆԹ-ից կախված ՌՆԹ պոլիմերազն է: Այս հարաբերությունը դրսևորվում է գործունեության ակտիվության մեծության մեջ: Թեման դեռ ուսումնասիրության փուլում է, բայց արդեն հայտնի է, որ դա կախված է տառադարձման երկու գործոնից, որոնք նշանակված են որպես SL1 և UBF: Վերջինիս առանձնահատկությունն այն է, որ այն կարող է ուղղակիորեն կապվել պրոմոութերին, մինչդեռ SL1-ը պահանջում է UBF-ի առկայությունը։ Թեև փորձնականորեն պարզվել է, որ ԴՆԹ-ից կախված ՌՆԹ պոլիմերազը կարող է մասնակցել տրանսկրիպցիային նվազագույն մակարդակով և առանց վերջինիս ներկայության։ Բայց այս մեխանիզմի բնականոն գործունեության համար UBF-ն դեռ անհրաժեշտ է։ Ինչու հենց? Մինչ այժմ չի հաջողվել պարզել այս պահվածքի պատճառը։ Ամենահայտնի բացատրություններից մեկը ենթադրում է, որ UBF-ն գործում է որպես rDNA-ի տրանսկրիպցիայի մի տեսակ խթանիչ, երբ այն աճում և զարգանում է: Երբ տեղի է ունենում հանգստի փուլը, պահպանվում է աշխատանքի նվազագույն պահանջվող մակարդակը: Իսկ նրա համար տրանսկրիպցիոն գործոնների մասնակցությունը կրիտիկական չէ։ Այսպես է աշխատում ՌՆԹ պոլիմերազը։ Այս ֆերմենտի գործառույթները թույլ են տալիս մեզ աջակցել մեր մարմնի փոքր «շինանյութերի» վերարտադրման գործընթացին, ինչի շնորհիվ այն անընդհատ թարմացվում է տասնամյակներ շարունակ։
Ֆերմենտների երկրորդ խումբ
Նրանց գործունեությունը կարգավորվում է երկրորդ դասի պրոմոտորների բազմասպիտակուցային նախասկիզբային համալիրի հավաքմամբ: Ամենից հաճախ դա արտահայտվում է հատուկ սպիտակուցների՝ ակտիվացնողների հետ աշխատանքի մեջ: Օրինակ՝ TVR-ն։ Սրանք կապված գործոններն են, որոնք TFIID-ի մաս են կազմում: Դրանք թիրախներ են p53-ի, NF kappa B-ի և այլնի համար: Կարգավորման գործընթացում իրենց ազդեցությունն են թողնում նաև սպիտակուցները, որոնք կոչվում են կոակտիվատորներ։ Օրինակ է GCN5-ը: Ինչու են անհրաժեշտ այս սպիտակուցները: Նրանք հանդես են գալիս որպես ադապտերներ, որոնք կարգավորում են ակտիվացնողների և գործոնների փոխազդեցությունը, որոնք ներառված են նախնական նախաձեռնության համալիրում: Որպեսզի տրանսկրիպցիան ճիշտ կատարվի, անհրաժեշտ է նախաձեռնող գործոնների առկայությունը։ Չնայած այն հանգամանքին, որ դրանք վեցն են, միայն մեկը կարող է ուղղակիորեն շփվել պրոմոութերի հետ: Այլ դեպքերում անհրաժեշտ է նախապես ձևավորված երկրորդ ՌՆԹ պոլիմերազային համալիր: Ավելին, այս գործընթացների ընթացքում մոտակայքում են գտնվում պրոքսիմալ տարրերը՝ ընդամենը 50-200 զույգ այն վայրից, որտեղ սկսվել է տառադարձումը։ Դրանք պարունակում են ակտիվացնող սպիտակուցների միացման ցուցում:
Հատուկ առանձնահատկություններ
Արդյո՞ք տարբեր ծագման ֆերմենտների ենթամիավոր կառուցվածքը ազդում է տրանսկրիպացիայի մեջ նրանց ֆունկցիոնալ դերի վրա: Այս հարցին ստույգ պատասխան չկա, բայց ենթադրվում է, որ այն ամենայն հավանականությամբ դրական է: Ինչպե՞ս է դրանից կախված ՌՆԹ պոլիմերազը: Պարզ կառուցվածքի ֆերմենտների գործառույթները գեների սահմանափակ շրջանակի (կամ նույնիսկ դրանց փոքր մասերի) արտագրումն է։ Օրինակ՝ Օկազակիի բեկորների ՌՆԹ պրայմերների սինթեզը։Բակտերիաների և ֆագերի ՌՆԹ պոլիմերազի խթանող առանձնահատկությունն այն է, որ ֆերմենտներն ունեն պարզ կառուցվածք և չեն տարբերվում բազմազանությամբ։ Սա կարելի է տեսնել բակտերիաներում ԴՆԹ-ի վերարտադրության գործընթացում: Թեև կարելի է նաև սա համարել. երբ ուսումնասիրվել է հավասար T-ֆագի գենոմի բարդ կառուցվածքը, որի մշակման ընթացքում նշվել է գեների տարբեր խմբերի միջև բազմակի տրանսկրիպցիոն անցում, պարզվել է, որ օգտագործվել է բարդ հյուրընկալող ՌՆԹ պոլիմերազ: սրա համար. Այսինքն՝ նման դեպքերում պարզ ֆերմենտ չի առաջանում։ Սրանից հետևում են մի շարք հետևանքներ.
- Էուկարիոտիկ և բակտերիալ ՌՆԹ պոլիմերազը պետք է կարողանա ճանաչել տարբեր խթանողներին:
- Անհրաժեշտ է, որ ֆերմենտները որոշակի արձագանք ունենան տարբեր կարգավորող սպիտակուցների նկատմամբ:
- ՌՆԹ պոլիմերազը նույնպես պետք է կարողանա փոխել կաղապարային ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդային հաջորդականության ճանաչման առանձնահատկությունը: Դրա համար օգտագործվում են տարբեր սպիտակուցային էֆեկտորներ։
Այստեղից հետևում է մարմնի լրացուցիչ «շինական» տարրերի կարիքը։ Տրանսկրիպցիոն համալիրի սպիտակուցներն օգնում են ՌՆԹ պոլիմերազին ամբողջությամբ կատարել իր գործառույթները։ Սա ամենից շատ վերաբերում է բարդ կառուցվածքի ֆերմենտներին, որոնց հնարավորությունների դեպքում իրականացվում է գենետիկ տեղեկատվության ներդրման ընդարձակ ծրագրի իրականացում: Տարբեր առաջադրանքների շնորհիվ մենք կարող ենք դիտել մի տեսակ հիերարխիա ՌՆԹ պոլիմերազների կառուցվածքում։
Ինչպե՞ս է աշխատում տառադարձման գործընթացը:
Կա՞ գեն, որը պատասխանատու է հետ հաղորդակցվելու համարՌՆԹ պոլիմերազա՞ Նախ՝ տրանսկրիպցիայի մասին. էուկարիոտների մոտ այդ գործընթացը տեղի է ունենում միջուկում: Պրոկարիոտների մոտ այն տեղի է ունենում հենց միկրոօրգանիզմի ներսում: Պոլիմերազային փոխազդեցությունը հիմնված է առանձին մոլեկուլների կոմպլեմենտար զուգավորման հիմնարար կառուցվածքային սկզբունքի վրա։ Ինչ վերաբերում է փոխազդեցության խնդիրներին, ապա կարելի է ասել, որ ԴՆԹ-ն գործում է բացառապես որպես կաղապար և չի փոխվում արտագրման ընթացքում։ Քանի որ ԴՆԹ-ն անբաժանելի ֆերմենտ է, կարելի է վստահաբար ասել, որ այս պոլիմերի համար պատասխանատու է կոնկրետ գենը, բայց դա շատ երկար կլինի։ Պետք չէ մոռանալ, որ ԴՆԹ-ն պարունակում է 3,1 միլիարդ նուկլեոտիդային մնացորդ։ Ուստի ավելի տեղին կլինի ասել, որ ՌՆԹ-ի յուրաքանչյուր տեսակ պատասխանատու է իր ԴՆԹ-ի համար: Որպեսզի պոլիմերազային ռեակցիան շարունակվի, անհրաժեշտ են էներգիայի աղբյուրներ և ռիբոնուկլեոզիդ տրիֆոսֆատ սուբստրատներ: Նրանց առկայության դեպքում ռիբոնուկլեոզիդ մոնոֆոսֆատների միջև առաջանում են 3', 5'-ֆոսֆոդիստերային կապեր։ ՌՆԹ-ի մոլեկուլը սկսում է սինթեզվել ԴՆԹ-ի որոշակի հաջորդականություններում (պրոմոտերներ): Այս գործընթացն ավարտվում է վերջացող հատվածներով (վերջացում): Այն կայքը, որը ներգրավված է այստեղ, կոչվում է տրանսկրիպտոն: Էուկարիոտների մոտ, որպես կանոն, այստեղ կա միայն մեկ գեն, մինչդեռ պրոկարիոտները կարող են ունենալ կոդի մի քանի բաժին։ Յուրաքանչյուր տրանսկրիպտոն ունի ոչ տեղեկատվական գոտի: Դրանք պարունակում են հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականություններ, որոնք փոխազդում են վերը նշված կարգավորող տրանսկրիպցիոն գործոնների հետ:
Բակտերիալ ՌՆԹ պոլիմերազներ
Սրանքմիկրոօրգանիզմներ Մեկ ֆերմենտը պատասխանատու է mRNA, rRNA և tRNA-ի սինթեզի համար: Միջին պոլիմերազի մոլեկուլն ունի մոտավորապես 5 ենթամիավոր: Նրանցից երկուսը հանդես են գալիս որպես ֆերմենտի կապող տարրեր։ Մեկ այլ ստորաբաժանում ներգրավված է սինթեզի մեկնարկին: Կա նաև ֆերմենտային բաղադրիչ ԴՆԹ-ին ոչ սպեցիֆիկ կապելու համար: Իսկ վերջին ստորաբաժանումը ներգրավված է ՌՆԹ պոլիմերազը աշխատանքային ձևի բերելու մեջ: Պետք է նշել, որ ֆերմենտի մոլեկուլները «ազատ» չեն լողում բակտերիալ ցիտոպլազմում։ Երբ չեն օգտագործվում, ՌՆԹ պոլիմերազները կապվում են ԴՆԹ-ի ոչ սպեցիֆիկ հատվածներին և սպասում ակտիվ պրոմոտորի բացմանը: Թեմայից թեթևակի շեղվելով՝ պետք է ասել, որ շատ հարմար է ուսումնասիրել սպիտակուցները և դրանց ազդեցությունը բակտերիաների վրա ռիբոնուկլեինաթթվի պոլիմերազների վրա։ Հատկապես հարմար է դրանց վրա փորձարկել առանձին տարրերը խթանելու կամ ճնշելու համար: Նրանց բազմապատկման բարձր արագության շնորհիվ ցանկալի արդյունքը կարելի է համեմատաբար արագ ստանալ։ Ավաղ, մարդկային հետազոտությունները չեն կարող այդքան արագ տեմպերով ընթանալ մեր կառուցվածքային բազմազանության պատճառով:
Ինչպե՞ս է ՌՆԹ պոլիմերազը «արմատավորվել» տարբեր ձևերով:
Այս հոդվածը գալիս է իր տրամաբանական ավարտին։ Ուշադրության կենտրոնում էր էուկարիոտները: Բայց կան նաև արխեաներ և վիրուսներ։ Ուստի ես կցանկանայի մի փոքր ուշադրություն դարձնել կյանքի այս ձևերին։ Արքեայի կյանքում կա ՌՆԹ պոլիմերազների միայն մեկ խումբ. Բայց իր հատկություններով այն չափազանց նման է էուկարիոտների երեք ասոցիացիաներին: Շատ գիտնականներ ենթադրել են, որ այն, ինչ մենք կարող ենք նկատել արխեայում, իրականում կամասնագիտացված պոլիմերազների էվոլյուցիոն նախնին: Հետաքրքիր է նաև վիրուսների կառուցվածքը. Ինչպես նախկինում նշվեց, ոչ բոլոր նման միկրոօրգանիզմներն ունեն իրենց սեփական պոլիմերազը: Իսկ որտեղ կա, մեկ ենթամիավոր է։ Ենթադրվում է, որ վիրուսային ֆերմենտները ստացվում են ԴՆԹ պոլիմերազներից, այլ ոչ թե բարդ ՌՆԹ-ի կառուցվածքներից: Չնայած այս խմբի միկրոօրգանիզմների բազմազանության պատճառով առկա են դիտարկվող կենսաբանական մեխանիզմի տարբեր իրականացումներ։
Եզրակացություն
Ավաղ, հենց հիմա մարդկությունը դեռ չունի գենոմը հասկանալու համար անհրաժեշտ բոլոր անհրաժեշտ տեղեկությունները: Իսկ ի՞նչ կարելի էր անել։ Գրեթե բոլոր հիվանդությունները հիմնականում ունեն գենետիկական հիմք. սա վերաբերում է հիմնականում վիրուսներին, որոնք մեզ անընդհատ խնդիրներ են առաջացնում, վարակներին և այլն: Ամենաբարդ և անբուժելի հիվանդությունները նույնպես, փաստորեն, ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն կախված են մարդու գենոմից։ Երբ մենք սովորենք հասկանալ ինքներս մեզ և կիրառել այս գիտելիքները մեր օգտին, մեծ թվով խնդիրներ և հիվանդություններ պարզապես կդադարեն գոյություն ունենալ: Նախկինում սարսափելի շատ հիվանդություններ, ինչպիսիք են ջրծաղիկը և ժանտախտը, արդեն անցյալում են: Պատրաստվում է գնալ այնտեղ խոզուկ, կապույտ հազ. Բայց մենք չպետք է հանգստանանք, քանի որ մենք դեռևս բախվում ենք բազմաթիվ տարբեր մարտահրավերների, որոնց պետք է պատասխանել: Եվ նա կգտնվի, քանի որ ամեն ինչ դեպի դա է գնում։
