Todos los que estudian biología molecular, bioquímica, ingeniería genética y otras ciencias relacionadas, tarde o temprano se preguntan: ¿cuál es la función de la ARN polimerasa? Este es un tema bastante complejo, que aún no está completamente explorado, pero, sin embargo, lo que se sabe se cubrirá en el marco del artículo.
Información general
Es necesario recordar que existe una ARN polimerasa de eucariotas y procariotas. El primero se divide además en tres tipos, cada uno de los cuales es responsable de la transcripción de un grupo separado de genes. Estas enzimas están numeradas por simplicidad como la primera, segunda y tercera ARN polimerasas. El procariota, cuya estructura es libre de nucleares, durante la transcripción actúa según un esquema simplificado. Por lo tanto, para mayor claridad, con el fin de cubrir la mayor cantidad de información posible, se considerarán los eucariotas. Las ARN polimerasas son estructuralmente similares entre sí. Se cree que contienen al menos 10 cadenas polipeptídicas. Al mismo tiempo, la ARN polimerasa 1 sintetiza (transcribe) genes que posteriormente se traducirán en diversas proteínas. La segunda es la transcripción de genes, que posteriormente se traducen en proteínas. La ARN polimerasa 3 está representada por una variedad de enzimas estables de bajo peso molecular que moderadamentesensible a la alfa amatina. ¡Pero no hemos decidido qué es la ARN polimerasa! Este es el nombre de las enzimas que intervienen en la síntesis de moléculas de ácido ribonucleico. En un sentido estricto, esto se refiere a las polimerasas de ARN dependientes de ADN que actúan sobre la base de una plantilla de ácido desoxirribonucleico. Las enzimas son de gran importancia para el funcionamiento exitoso y a largo plazo de los organismos vivos. Las polimerasas de ARN se encuentran en todas las células y en la mayoría de los virus.
División por características
Según la composición de la subunidad, las ARN polimerasas se dividen en dos grupos:
- El primero se ocupa de la transcripción de un pequeño número de genes en genomas simples. Para su funcionamiento en este caso, no se requieren acciones regulatorias complejas. Por lo tanto, esto incluye todas las enzimas que constan de una sola subunidad. Un ejemplo es la ARN polimerasa de bacteriófagos y mitocondrias.
- Este grupo incluye todas las ARN polimerasas de eucariotas y bacterias, que son complejas. Son complejos complejos de proteínas de múltiples subunidades que pueden transcribir miles de genes diferentes. Durante su funcionamiento, estos genes responden a un gran número de señales reguladoras que provienen de factores proteicos y nucleótidos.
Tal división estructural-funcional es una simplificación muy condicional y fuerte del estado real de las cosas.
¿Qué hace la ARN polimerasa?
Se les asigna la función de formarTranscripciones de genes de ARNr, es decir, son las más importantes. Estos últimos son más conocidos bajo la designación 45S-RNA. Su longitud es de aproximadamente 13 mil nucleótidos. A partir de él se forman 28S-RNA, 18S-RNA y 5,8S-RNA. Debido al hecho de que solo se usa un transcriptor para crearlos, el cuerpo recibe una "garantía" de que las moléculas se formarán en cantidades iguales. Al mismo tiempo, solo se utilizan 7 mil nucleótidos para crear ARN directamente. El resto de la transcripción se degrada en el núcleo. Con respecto a un residuo tan grande, existe la opinión de que es necesario para las primeras etapas de formación de ribosomas. El número de estas polimerasas en las células de los seres superiores fluctúa alrededor de las 40 mil unidades.
¿Cómo está organizado?
Entonces, ya hemos considerado bien la primera ARN polimerasa (estructura procariótica de la molécula). Al mismo tiempo, las subunidades grandes, así como una gran cantidad de otros polipéptidos de alto peso molecular, tienen dominios funcionales y estructurales bien definidos. Durante la clonación de genes y la determinación de su estructura primaria, los científicos identificaron secciones de las cadenas evolutivamente conservativas. Usando una buena expresión, los investigadores también llevaron a cabo un análisis mutacional, lo que nos permite hablar sobre el significado funcional de los dominios individuales. Para ello, mediante mutagénesis dirigida al sitio, se cambiaron aminoácidos individuales en cadenas polipeptídicas, y dichas subunidades modificadas se utilizaron en el ensamblaje de enzimas con el posterior análisis de las propiedades que se obtuvieron en estas construcciones. Se observó que debido a su organización, la primera ARN polimerasa enla presencia de alfa-amatina (una sustancia altamente tóxica derivada del zampullín pálido) no reacciona en absoluto.
Operación
Tanto la primera como la segunda ARN polimerasa pueden existir en dos formas. Uno de ellos puede actuar para iniciar la transcripción específica. La segunda es la ARN polimerasa dependiente de ADN. Esta relación se manifiesta en la magnitud de la actividad de funcionamiento. El tema aún está en investigación, pero ya se sabe que depende de dos factores de transcripción, los cuales se denominan SL1 y UBF. La peculiaridad de este último es que puede unirse directamente al promotor, mientras que SL1 requiere la presencia de UBF. Aunque experimentalmente se encontró que la ARN polimerasa dependiente de ADN puede participar en la transcripción a un nivel mínimo y sin la presencia de esta última. Pero para el funcionamiento normal de este mecanismo, todavía se necesita UBF. ¿Por qué exactamente? Hasta el momento, no ha sido posible establecer el motivo de este comportamiento. Una de las explicaciones más populares sugiere que UBF actúa como una especie de estimulador de la transcripción de ADNr a medida que crece y se desarrolla. Cuando ocurre la fase de reposo, se mantiene el nivel mínimo requerido de funcionamiento. Y para él, la participación de los factores de transcripción no es crítica. Así es como funciona la ARN polimerasa. Las funciones de esta enzima nos permiten apoyar el proceso de reproducción de los pequeños "bloques de construcción" de nuestro cuerpo, gracias a los cuales se actualiza constantemente durante décadas.
Segundo grupo de enzimas
Su funcionamiento está regulado por el ensamblaje de un complejo de preiniciación multiproteico de promotores de segunda clase. La mayoría de las veces esto se expresa en el trabajo con proteínas especiales: activadores. Un ejemplo es TVR. Estos son los factores asociados que forman parte de TFIID. Son objetivos para p53, NF kappa B, etc. Las proteínas, que se denominan coactivadores, también ejercen su influencia en el proceso de regulación. Un ejemplo es GCN5. ¿Por qué se necesitan estas proteínas? Actúan como adaptadores que ajustan la interacción de activadores y factores que se incluyen en el complejo de preiniciación. Para que la transcripción se produzca correctamente, es necesaria la presencia de los factores iniciadores necesarios. A pesar de que hay seis de ellos, solo uno puede interactuar directamente con el promotor. Para otros casos, se necesita un segundo complejo de ARN polimerasa preformado. Además, durante estos procesos, los elementos proximales están cerca, a solo 50-200 pares del sitio donde comenzó la transcripción. Contienen una indicación de la unión de proteínas activadoras.
Características especiales
¿La estructura de subunidades de las enzimas de diferente origen afecta su papel funcional en la transcripción? No hay una respuesta exacta a esta pregunta, pero se cree que lo más probable es que sea positiva. ¿Cómo depende la ARN polimerasa de esto? Las funciones de las enzimas de estructura simple son la transcripción de una gama limitada de genes (o incluso sus pequeñas partes). Un ejemplo es la síntesis de cebadores de ARN de fragmentos de Okazaki. La especificidad del promotor de la ARN polimerasa de bacterias y fagos es que las enzimas tienen una estructura simple y no difieren en diversidad. Esto se puede ver en el proceso de replicación del ADN en las bacterias. Aunque también se puede considerar esto: cuando se estudió la estructura compleja del genoma de un fago T uniforme, durante el desarrollo del cual se observó un cambio de transcripción múltiple entre diferentes grupos de genes, se reveló que se utilizó una polimerasa de ARN huésped compleja. para esto. Es decir, en tales casos no se induce una enzima simple. De esto se derivan una serie de consecuencias:
- La ARN polimerasa eucariótica y bacteriana debería ser capaz de reconocer diferentes promotores.
- Es necesario que las enzimas tengan cierta respuesta a diferentes proteínas reguladoras.
- ARN polimerasa también debería poder cambiar la especificidad del reconocimiento de la secuencia de nucleótidos del ADN molde. Para ello, se utilizan varios efectores de proteínas.
La
A partir de aquí sigue la necesidad del cuerpo de elementos de "construcción" adicionales. Las proteínas del complejo de transcripción ayudan a la ARN polimerasa a realizar plenamente sus funciones. Esto se aplica, en la mayor medida, a las enzimas de estructura compleja, en cuyas posibilidades la implementación de un extenso programa para la implementación de información genética. Gracias a varias tareas, podemos observar una especie de jerarquía en la estructura de las ARN polimerasas.
¿Cómo funciona el proceso de transcripción?
¿Existe un gen responsable de la comunicación con¿ARN polimerasa? Primero, sobre la transcripción: en eucariotas, el proceso ocurre en el núcleo. En procariotas, tiene lugar dentro del propio microorganismo. La interacción de la polimerasa se basa en el principio estructural fundamental del emparejamiento complementario de moléculas individuales. Con respecto a los problemas de interacción, podemos decir que el ADN actúa exclusivamente como molde y no cambia durante la transcripción. Dado que el ADN es una enzima integral, es posible decir con certeza que un gen en particular es responsable de este polímero, pero será muy largo. No debe olvidarse que el ADN contiene 3.100 millones de residuos de nucleótidos. Por tanto, sería más apropiado decir que cada tipo de ARN es responsable de su propio ADN. Para que se produzca la reacción de la polimerasa, se necesitan fuentes de energía y sustratos de ribonucleósido trifosfato. En su presencia, se forman enlaces 3', 5'-fosfodiéster entre monofosfatos de ribonucleósidos. La molécula de ARN comienza a sintetizarse en determinadas secuencias de ADN (promotores). Este proceso finaliza en las secciones de terminación (terminación). El sitio que está involucrado aquí se llama transcriptón. En los eucariotas, por regla general, solo hay un gen aquí, mientras que los procariotas pueden tener varias secciones del código. Cada transcriptón tiene una zona no informativa. Contienen secuencias de nucleótidos específicas que interactúan con los factores de transcripción reguladores mencionados anteriormente.
ARN polimerasas bacterianas
Estosmicroorganismos una enzima es responsable de la síntesis de mRNA, rRNA y tRNA. La molécula de polimerasa promedio tiene aproximadamente 5 subunidades. Dos de ellos actúan como elementos de unión de la enzima. Otra subunidad está implicada en el inicio de la síntesis. También hay un componente enzimático para la unión no específica al ADN. Y la última subunidad está involucrada en llevar la ARN polimerasa a una forma funcional. Cabe señalar que las moléculas de enzima no están flotando "libres" en el citoplasma bacteriano. Cuando no están en uso, las ARN polimerasas se unen a regiones no específicas de ADN y esperan a que se abra un promotor activo. Desviándonos un poco del tema, cabe decir que es muy conveniente estudiar las proteínas y su efecto sobre las polimerasas de ácido ribonucleico en bacterias. Es especialmente conveniente experimentar con ellos para estimular o suprimir elementos individuales. Debido a su alta tasa de multiplicación, el resultado deseado se puede obtener con relativa rapidez. Por desgracia, la investigación humana no puede avanzar a un ritmo tan rápido debido a nuestra diversidad estructural.
¿Cómo "echó raíces" la ARN polimerasa en diferentes formas?
Este artículo está llegando a su conclusión lógica. La atención se centró en los eucariotas. Pero también hay arqueas y virus. Por lo tanto, me gustaría prestar un poco de atención a estas formas de vida. En la vida de las arqueas, solo hay un grupo de ARN polimerasas. Pero es extremadamente similar en sus propiedades a las tres asociaciones de eucariotas. Muchos científicos han sugerido que lo que podemos observar en las arqueas es en realidadantepasado evolutivo de las polimerasas especializadas. La estructura de los virus también es interesante. Como se mencionó anteriormente, no todos estos microorganismos tienen su propia polimerasa. Y donde está, es una sola subunidad. Se cree que las enzimas virales se derivan de las polimerasas de ADN en lugar de construcciones complejas de ARN. Aunque, debido a la diversidad de este grupo de microorganismos, existen diferentes implementaciones del mecanismo biológico considerado.
Conclusión
Ay, en este momento la humanidad aún no tiene toda la información necesaria para comprender el genoma. ¡Y qué se podría hacer! Casi todas las enfermedades básicamente tienen una base genética; esto se aplica principalmente a los virus que constantemente nos causan problemas, infecciones, etc. De hecho, las enfermedades más complejas e incurables también dependen directa o indirectamente del genoma humano. Cuando aprendamos a entendernos a nosotros mismos y apliquemos este conocimiento a nuestro favor, una gran cantidad de problemas y enfermedades simplemente dejarán de existir. Muchas enfermedades que antes eran terribles, como la viruela y la peste, ya son cosa del pasado. Preparándose para ir allí paperas, tos ferina. Pero no debemos relajarnos, porque todavía nos enfrentamos a una gran cantidad de desafíos diferentes que deben ser respondidos. Y será encontrado, porque todo se dirige hacia esto.
