كل من يدرس البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية والهندسة الوراثية وعدد من العلوم الأخرى ذات الصلة عاجلاً أم آجلاً يسأل السؤال: ما هي وظيفة بوليميراز الحمض النووي الريبي؟ هذا موضوع معقد نوعًا ما ، والذي لم يتم استكشافه بالكامل بعد ، ولكن ، مع ذلك ، سيتم تغطية ما هو معروف في إطار المقال.
معلومات عامة
من الضروري أن نتذكر أن هناك بوليميريز RNA من حقيقيات النوى وبدائيات النوى. الأول ينقسم أيضًا إلى ثلاثة أنواع ، كل منها مسؤول عن نسخ مجموعة منفصلة من الجينات. تم ترقيم هذه الإنزيمات من أجل التبسيط على أنها بوليميرات الحمض النووي الريبي الأول والثاني والثالث. بدائيات النوى ، التي يكون هيكلها خالي من المواد النووية ، أثناء النسخ يعمل وفقًا لمخطط مبسط. لذلك ، من أجل الوضوح ، من أجل تغطية أكبر قدر ممكن من المعلومات ، سيتم النظر في حقيقيات النوى. تتشابه بوليميرات الحمض النووي الريبي مع بعضها البعض من الناحية الهيكلية. يُعتقد أنها تحتوي على 10 سلاسل بولي ببتيد على الأقل. في الوقت نفسه ، يصنع بوليميريز 1 RNA (ينسخ) الجينات التي ستترجم لاحقًا إلى بروتينات مختلفة. والثاني هو نسخ الجينات ، والتي تُترجم لاحقًا إلى بروتينات. يتم تمثيل RNA polymerase 3 بمجموعة متنوعة من الإنزيمات المستقرة منخفضة الوزن الجزيئي التي يتم تمثيلها بشكل معتدلحساسة لألفا أماتين. لكننا لم نقرر ما هو بوليميريز الحمض النووي الريبي! هذا هو اسم الإنزيمات التي تشارك في تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي. بالمعنى الضيق ، يشير هذا إلى بوليميرات الحمض النووي الريبي المعتمدة على الحمض النووي والتي تعمل على أساس قالب حمض الديوكسي ريبونوكلييك. الإنزيمات لها أهمية كبيرة لعمل الكائنات الحية على المدى الطويل بنجاح. تم العثور على بوليميرات الحمض النووي الريبي في جميع الخلايا ومعظم الفيروسات.
التقسيم حسب الميزات
اعتمادًا على تكوين الوحدة الفرعية ، تنقسم بوليمرات الحمض النووي الريبي إلى مجموعتين:
- الأول يتعامل مع نسخ عدد صغير من الجينات في الجينوم البسيط. للعمل في هذه الحالة ، لا يلزم اتخاذ إجراءات تنظيمية معقدة. لذلك ، يشمل هذا جميع الإنزيمات التي تتكون من وحدة فرعية واحدة فقط. مثال على ذلك هو بوليميراز RNA للعاثيات والميتوكوندريا.
- تشمل هذه المجموعة جميع بوليمرات الحمض النووي الريبي من حقيقيات النوى والبكتيريا ، وهي معقدة. إنها مجمعات بروتينية معقدة متعددة الوحدات يمكنها نسخ آلاف الجينات المختلفة. أثناء عملها ، تستجيب هذه الجينات لعدد كبير من الإشارات التنظيمية التي تأتي من عوامل البروتين والنيوكليوتيدات.
مثل هذا التقسيم الهيكلي الوظيفي هو تبسيط مشروط وقوي للغاية للحالة الحقيقية للأمور.
ماذا أفعل بوليميريز RNA؟
يتم تكليفهم بوظيفة تشكيل الأساسينسخ الجين الرنا الريباسي ، أي أنها الأكثر أهمية. هذا الأخير معروف بشكل أفضل تحت التسمية 45S-RNA. يبلغ طولها حوالي 13 ألف نيوكليوتيدات. تتكون منه 28S-RNA و 18S-RNA و 5،8S-RNA. نظرًا لحقيقة أنه يتم استخدام ناسخ واحد فقط لإنشائها ، يتلقى الجسم "ضمانًا" بأن الجزيئات ستتكون بكميات متساوية. في الوقت نفسه ، يتم استخدام 7 آلاف نيوكليوتيدات فقط لتكوين الحمض النووي الريبي مباشرة. تدهورت بقية النسخة في النواة. فيما يتعلق بمثل هذه البقايا الكبيرة ، هناك رأي مفاده أنه ضروري للمراحل المبكرة من تكوين الريبوسوم. عدد هذه البوليمرات في خلايا الكائنات العليا يتقلب حول علامة 40 ألف وحدة.
كيف يتم تنظيمها؟
إذن ، لقد درسنا بالفعل أول بوليميريز RNA (بنية بدائية النواة للجزيء). في الوقت نفسه ، تحتوي الوحدات الفرعية الكبيرة ، بالإضافة إلى عدد كبير من البولي ببتيدات الأخرى ذات الوزن الجزيئي العالي ، على مجالات وظيفية وتركيبية محددة جيدًا. أثناء استنساخ الجينات وتحديد بنيتها الأولية ، حدد العلماء الأقسام التطورية المحافظة من السلاسل. باستخدام التعبير الجيد ، أجرى الباحثون أيضًا تحليلًا للطفرات ، مما يسمح لنا بالتحدث عن الأهمية الوظيفية للمجالات الفردية. للقيام بذلك ، باستخدام الطفرات الموجهة للموقع ، تم تغيير الأحماض الأمينية الفردية في سلاسل البولي ببتيد ، واستخدمت هذه الوحدات الفرعية المعدلة في تجميع الإنزيمات مع التحليل اللاحق للخصائص التي تم الحصول عليها في هذه التركيبات. لوحظ أنه نظرًا لتنظيمه ، تم تشغيل أول بوليميريز RNAلا يتفاعل وجود alpha-amatine (مادة شديدة السمية مشتقة من grebe الشاحب) على الإطلاق.
العملية
يمكن أن يوجد بوليميراز الرنا الأول والثاني في شكلين. يمكن أن يعمل أحدهم لبدء نسخ محدد. والثاني هو بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. تتجلى هذه العلاقة في حجم نشاط الأداء. لا يزال الموضوع قيد التحقيق ، ولكن من المعروف بالفعل أنه يعتمد على عاملين للنسخ ، تم تحديدهما على أنهما SL1 و UBF. خصوصية هذا الأخير هو أنه يمكن أن يرتبط مباشرة بالمروج ، بينما يتطلب SL1 وجود UBF. على الرغم من أنه وجد تجريبياً أن بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي يمكن أن يشارك في النسخ عند مستوى أدنى وبدون وجود الأخير. ولكن من أجل الأداء الطبيعي لهذه الآلية ، لا تزال هناك حاجة إلى UBF. لماذا بالضبط؟ حتى الآن ، لم يكن من الممكن تحديد سبب هذا السلوك. يشير أحد أكثر التفسيرات شيوعًا إلى أن UBF يعمل كنوع من محفز نسخ rDNA أثناء نموه وتطوره. عند حدوث مرحلة الراحة ، يتم الحفاظ على الحد الأدنى المطلوب من الأداء الوظيفي. وبالنسبة له ، فإن مشاركة عوامل النسخ ليست حاسمة. هذه هي الطريقة التي يعمل بها RNA polymerase. تتيح لنا وظائف هذا الإنزيم دعم عملية إعادة إنتاج "اللبنات" الصغيرة لجسمنا ، والتي بفضلها يتم تحديثها باستمرار لعقود.
المجموعة الثانية من الإنزيمات
يتم تنظيم عملهم من خلال تجميع مركب متعدد البروتينات قبل البدء من مروجي الفئة الثانية. غالبًا ما يتم التعبير عن هذا في العمل ببروتينات خاصة - منشطات. مثال على ذلك TVR. هذه هي العوامل المرتبطة التي تشكل جزءًا من TFIID. إنها أهداف لـ p53 و NF kappa B وما إلى ذلك. تؤثر البروتينات ، التي تسمى المُنشّطات ، أيضًا على تأثيرها في عملية التنظيم. مثال على ذلك هو GCN5. لماذا هذه البروتينات مطلوبة؟ إنها تعمل كمحولات تضبط تفاعل المنشطات والعوامل المضمنة في مجمع ما قبل البدء. لكي يحدث النسخ بشكل صحيح ، من الضروري وجود عوامل البدء الضرورية. على الرغم من وجود ستة منهم ، إلا أن واحدًا فقط يمكنه التفاعل مباشرة مع المروج. بالنسبة للحالات الأخرى ، هناك حاجة إلى معقد بوليميريز RNA ثانٍ مُشكل مسبقًا. علاوة على ذلك ، خلال هذه العمليات ، تكون العناصر القريبة قريبة - فقط 50-200 زوج من الموقع حيث بدأ النسخ. أنها تحتوي على إشارة إلى ارتباط البروتينات المنشط.
ميزات خاصة
هل تؤثر بنية الوحدة الفرعية للأنزيمات من أصل مختلف على دورها الوظيفي في النسخ؟ لا توجد إجابة دقيقة لهذا السؤال ، لكن يُعتقد أنه إيجابي على الأرجح. كيف يعتمد RNA polymerase على هذا؟ وظائف إنزيمات البنية البسيطة هي نسخ مجموعة محدودة من الجينات (أو حتى أجزائها الصغيرة). مثال على ذلك هو تركيب بادئات RNA لشظايا أوكازاكي.خصوصية المروج لـ RNA polymerase للبكتيريا والعاقمات هي أن الإنزيمات لها بنية بسيطة ولا تختلف في التنوع. يمكن ملاحظة ذلك في عملية تكرار الحمض النووي في البكتيريا. على الرغم من أنه يمكن للمرء أيضًا أن يفكر في هذا: عندما تمت دراسة التركيب المعقد للجينوم لـ T-phage ، وخلال تطويره ، لوحظ تبديل النسخ المتعدد بين مجموعات مختلفة من الجينات ، تم الكشف عن استخدام بوليميراز مضيف معقد من الحمض النووي الريبي لهذا. بمعنى ، لا يتم إحداث إنزيم بسيط في مثل هذه الحالات. ويترتب على ذلك عدد من النتائج:
- يجب أن تكون بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقية النواة والبكتيرية قادرة على التعرف على المحفزات المختلفة.
- من الضروري أن يكون للإنزيمات استجابة معينة لبروتينات تنظيمية مختلفة.
- يجب أن يكون بوليميراز الحمض النووي الريبي أيضًا قادرًا على تغيير خصوصية التعرف على تسلسل النوكليوتيدات لقالب الحمض النووي. لهذا ، يتم استخدام مؤثرات البروتين المختلفة.
من هنا يتبع حاجة الجسم لعناصر "بناء" إضافية. تساعد بروتينات مجمع النسخ الـ RNA polymerase على أداء وظائفه بشكل كامل. وينطبق هذا ، إلى أقصى حد ، على الإنزيمات ذات البنية المعقدة ، والتي في الإمكانات التي يتم فيها تنفيذ برنامج واسع النطاق لتنفيذ المعلومات الجينية. بفضل المهام المختلفة ، يمكننا ملاحظة نوع من التسلسل الهرمي في بنية بوليميراز الحمض النووي الريبي.
كيف تتم عملية النسخ؟
هل يوجد جين مسئول عن التواصل معهبوليميراز الحمض النووي الريبي؟ أولاً ، حول النسخ: في حقيقيات النوى ، تحدث العملية في النواة. في بدائيات النوى ، يحدث داخل الكائن الدقيق نفسه. يعتمد تفاعل البلمرة على المبدأ الهيكلي الأساسي للاقتران التكميلي للجزيئات الفردية. فيما يتعلق بقضايا التفاعل ، يمكننا القول أن الحمض النووي يعمل حصريًا كقالب ولا يتغير أثناء النسخ. نظرًا لأن الحمض النووي هو إنزيم متكامل ، فمن الممكن أن نقول على وجه اليقين أن جينًا معينًا هو المسؤول عن هذا البوليمر ، ولكنه سيكون طويلًا جدًا. لا ينبغي أن ننسى أن الحمض النووي يحتوي على 3.1 مليار بقايا نيوكليوتيد. لذلك ، سيكون من الأنسب القول إن كل نوع من أنواع الحمض النووي الريبي مسؤول عن الحمض النووي الخاص به. لكي يستمر تفاعل البلمرة ، هناك حاجة إلى مصادر الطاقة وركائز ثلاثي الفوسفات الريبونوكليوزيد. في وجودها ، تتشكل روابط 3 '، 5'-phosphodiester بين ribonucleoside monophosphates. يبدأ جزيء الحمض النووي الريبي في التصنيع في تسلسلات معينة من الحمض النووي (المحفزات). تنتهي هذه العملية عند أقسام الإنهاء (الإنهاء). يُطلق على الموقع المتضمن هنا اسم النسخة. في حقيقيات النوى ، كقاعدة عامة ، يوجد جين واحد فقط هنا ، بينما يمكن أن تحتوي بدائيات النوى على عدة أقسام من الكود. كل نسخة لديها منطقة غير إعلامية. أنها تحتوي على متواليات نوكليوتيدات محددة تتفاعل مع عوامل النسخ التنظيمية المذكورة سابقًا.
بوليميرات الحمض النووي الريبي البكتيرية
هؤلاءالكائنات الحية الدقيقة إنزيم واحد مسؤول عن تخليق mRNA و rRNA و tRNA. يحتوي جزيء البوليميراز المتوسط على حوالي 5 وحدات فرعية. اثنان منهم بمثابة عناصر ملزمة للإنزيم. وتشارك وحدة فرعية أخرى في بدء التوليف. يوجد أيضًا مكون إنزيم للربط غير النوعي بالحمض النووي. وتشارك الوحدة الفرعية الأخيرة في جلب بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى شكل عامل. وتجدر الإشارة إلى أن جزيئات الإنزيم ليست "حرة" تطفو في السيتوبلازم البكتيري. عندما لا تكون قيد الاستخدام ، ترتبط بوليمرات الحمض النووي الريبي بمناطق غير محددة من الحمض النووي وتنتظر فتح محفز نشط. استطراداً قليلاً من الموضوع ، ينبغي القول أنه من الملائم للغاية دراسة البروتينات وتأثيرها على بوليميراز الحمض النووي الريبي على البكتيريا. من الملائم بشكل خاص تجربتها لتحفيز العناصر الفردية أو قمعها. نظرًا لمعدل الضرب العالي ، يمكن الحصول على النتيجة المرجوة بسرعة نسبيًا. للأسف ، لا يمكن أن يستمر البحث البشري بمثل هذا المعدل السريع بسبب تنوعنا الهيكلي.
كيف "ترسخت" بوليميراز الحمض النووي الريبي في أشكال مختلفة؟
هذه المقالة تقترب من نهايتها المنطقية. كان التركيز على حقيقيات النوى. ولكن هناك أيضًا عتائق وفيروسات. لذلك ، أود أن أنتبه قليلاً لهذه الأشكال من الحياة. في حياة الأركيا ، توجد مجموعة واحدة فقط من بوليميرات الرنا. لكنها متشابهة للغاية في خصائصها مع الجمعيات الثلاث لحقيقيات النوى. اقترح العديد من العلماء أن ما يمكننا ملاحظته في العتائق هو في الواقعسلف تطوري للبوليميرات المتخصصة. هيكل الفيروسات مثير للاهتمام أيضًا. كما ذكرنا سابقًا ، ليست كل هذه الكائنات الحية الدقيقة لها بوليميراز خاص بها. وحيثما تكون وحدة فرعية واحدة. يُعتقد أن الإنزيمات الفيروسية مشتقة من بوليميرات الحمض النووي بدلاً من تراكيب الحمض النووي الريبي المعقدة. على الرغم من تنوع هذه المجموعة من الكائنات الحية الدقيقة ، هناك تطبيقات مختلفة للآلية البيولوجية المدروسة.
الخلاصة
للأسف ، ليس لدى البشرية الآن كل المعلومات اللازمة لفهم الجينوم. وماذا يمكن عمله! جميع الأمراض تقريبًا لها أساس وراثي - وهذا ينطبق في المقام الأول على الفيروسات التي تسبب لنا باستمرار المشاكل والالتهابات وما إلى ذلك. إن أكثر الأمراض تعقيدًا واستعصاءً هي أيضًا ، في الواقع ، تعتمد بشكل مباشر أو غير مباشر على الجينوم البشري. عندما نتعلم كيف نفهم أنفسنا ونطبق هذه المعرفة لصالحنا ، فإن عددًا كبيرًا من المشاكل والأمراض سيتوقف ببساطة عن الوجود. أصبحت العديد من الأمراض الرهيبة سابقًا ، مثل الجدري والطاعون ، شيئًا من الماضي. تستعد للذهاب إلى هناك النكاف والسعال الديكي. لكن لا ينبغي لنا الاسترخاء ، لأننا ما زلنا نواجه عددًا كبيرًا من التحديات المختلفة التي تحتاج إلى إجابة. وسوف يتم العثور عليه ، لأن كل شيء يتجه نحو هذا
