Tous ceux qui étudient la biologie moléculaire, la biochimie, le génie génétique et un certain nombre d'autres sciences connexes se posent tôt ou tard la question: quelle est la fonction de l'ARN polymérase ? C'est un sujet assez complexe, qui n'est pas encore complètement exploré, mais, néanmoins, ce qui est connu sera couvert dans le cadre de l'article.
Informations générales
Il faut se rappeler qu'il existe une ARN polymérase des eucaryotes et des procaryotes. Le premier est divisé en trois types, chacun étant responsable de la transcription d'un groupe distinct de gènes. Ces enzymes sont numérotées pour plus de simplicité en tant que première, deuxième et troisième ARN polymérases. Le procaryote, dont la structure est dépourvue de noyau, agit lors de la transcription selon un schéma simplifié. Par conséquent, pour plus de clarté, afin de couvrir autant d'informations que possible, les eucaryotes seront considérés. Les ARN polymérases sont structurellement similaires les unes aux autres. On pense qu'ils contiennent au moins 10 chaînes polypeptidiques. Parallèlement, l'ARN polymérase 1 synthétise (transcrit) des gènes qui seront ensuite traduits en différentes protéines. La seconde consiste à transcrire des gènes, qui sont ensuite traduits en protéines. L'ARN polymérase 3 est représentée par une variété d'enzymes stables de faible poids moléculaire quisensible à l'alpha amatine. Mais nous n'avons pas décidé de ce qu'est l'ARN polymérase ! C'est le nom des enzymes impliquées dans la synthèse des molécules d'acide ribonucléique. Au sens étroit, cela fait référence aux ARN polymérases dépendantes de l'ADN qui agissent sur la base d'une matrice d'acide désoxyribonucléique. Les enzymes sont d'une grande importance pour le bon fonctionnement à long terme des organismes vivants. Les ARN polymérases se trouvent dans toutes les cellules et dans la plupart des virus.
Division par fonctionnalités
Selon la composition des sous-unités, les ARN polymérases sont divisées en deux groupes:
- Le premier traite de la transcription d'un petit nombre de gènes dans des génomes simples. Pour fonctionner dans ce cas, des actions réglementaires complexes ne sont pas nécessaires. Par conséquent, cela inclut toutes les enzymes constituées d'une seule sous-unité. Un exemple est l'ARN polymérase des bactériophages et des mitochondries.
- Ce groupe comprend toutes les ARN polymérases d'eucaryotes et de bactéries, qui sont complexes. Ce sont des complexes protéiques multi-sous-unités complexes qui peuvent transcrire des milliers de gènes différents. Au cours de leur fonctionnement, ces gènes répondent à un grand nombre de signaux régulateurs provenant de facteurs protéiques et de nucléotides.
Une telle division structurale-fonctionnelle est une simplification très conditionnelle et forte de l'état réel des choses.
Que fait l'ARN polymérase I ?
Ils ont pour fonction de former desLes transcrits des gènes ARNr, c'est-à-dire qu'ils sont les plus importants. Ces derniers sont plus connus sous la désignation 45S-RNA. Leur longueur est d'environ 13 000 nucléotides. L'ARN 28S, l'ARN 18S et l'ARN 5,8S en sont formés. Du fait qu'un seul transcripteur est utilisé pour les créer, le corps reçoit une "garantie" que les molécules seront formées en quantités égales. Dans le même temps, seuls 7 000 nucléotides sont utilisés pour créer directement de l'ARN. Le reste du transcrit est dégradé dans le noyau. En ce qui concerne un résidu aussi important, il existe une opinion selon laquelle il est nécessaire pour les premiers stades de la formation des ribosomes. Le nombre de ces polymérases dans les cellules des êtres supérieurs fluctue autour de la barre des 40 000 unités.
Comment est-ce organisé ?
Ainsi, nous avons déjà bien considéré la première ARN polymérase (structure procaryote de la molécule). Dans le même temps, de grandes sous-unités, ainsi qu'un grand nombre d'autres polypeptides de haut poids moléculaire, ont des domaines fonctionnels et structurels bien définis. Lors du clonage des gènes et de la détermination de leur structure primaire, les scientifiques ont identifié des sections conservatrices de l'évolution des chaînes. En utilisant une bonne expression, les chercheurs ont également effectué une analyse mutationnelle, ce qui nous permet de parler de la signification fonctionnelle des domaines individuels. Pour ce faire, en utilisant la mutagenèse dirigée, des acides aminés individuels ont été modifiés dans les chaînes polypeptidiques, et ces sous-unités modifiées ont été utilisées dans l'assemblage d'enzymes avec une analyse ultérieure des propriétés obtenues dans ces constructions. Il a été noté qu'en raison de son organisation, la première ARN polymérase surla présence d'alpha-amatine (une substance hautement toxique dérivée du grèbe pâle) ne réagit pas du tout.
Opération
Les première et deuxième ARN polymérases peuvent exister sous deux formes. L'un d'eux peut agir pour initier une transcription spécifique. La seconde est l'ARN polymérase dépendante de l'ADN. Cette relation se manifeste dans l'ampleur de l'activité de fonctionnement. Le sujet est toujours à l'étude, mais on sait déjà qu'il dépend de deux facteurs de transcription, désignés par SL1 et UBF. La particularité de ce dernier est qu'il peut se lier directement au promoteur, alors que SL1 nécessite la présence d'UBF. Bien qu'il ait été découvert expérimentalement que l'ARN polymérase ADN-dépendante peut participer à la transcription à un niveau minimal et sans la présence de cette dernière. Mais pour le fonctionnement normal de ce mécanisme, l'UBF est toujours nécessaire. Pourquoi exactement ? Jusqu'à présent, il n'a pas été possible d'établir la raison de ce comportement. L'une des explications les plus populaires suggère que l'UBF agit comme une sorte de stimulateur de la transcription de l'ADNr à mesure qu'il grandit et se développe. Lors de la phase de repos, le niveau de fonctionnement minimum requis est maintenu. Et pour lui, la participation des facteurs de transcription n'est pas critique. C'est ainsi que fonctionne l'ARN polymérase. Les fonctions de cette enzyme nous permettent de soutenir le processus de reproduction des petits "blocs de construction" de notre corps, grâce auxquels il est constamment mis à jour depuis des décennies.
Deuxième groupe d'enzymes
Leur fonctionnement est régulé par l'assemblage d'un complexe multiprotéique de pré-initiation de promoteurs de seconde classe. Le plus souvent, cela s'exprime par un travail avec des protéines spéciales - des activateurs. Un exemple est TVR. Ce sont les facteurs associés qui font partie du TFIID. Ce sont des cibles pour p53, NF kappa B, etc. Les protéines, appelées coactivateurs, exercent également leur influence dans le processus de régulation. Un exemple est GCN5. Pourquoi ces protéines sont-elles nécessaires ? Ils agissent comme des adaptateurs qui ajustent l'interaction des activateurs et des facteurs inclus dans le complexe de pré-initiation. Pour que la transcription se produise correctement, la présence des facteurs d'initiation nécessaires est nécessaire. Malgré le fait qu'il y en ait six, un seul peut interagir directement avec le promoteur. Pour les autres cas, un second complexe ARN polymérase préformé est nécessaire. De plus, au cours de ces processus, les éléments proximaux sont proches - à seulement 50 à 200 paires du site où la transcription a commencé. Ils contiennent une indication de la liaison des protéines activatrices.
Caractéristiques spéciales
La structure des sous-unités d'enzymes d'origine différente affecte-t-elle leur rôle fonctionnel dans la transcription ? Il n'y a pas de réponse exacte à cette question, mais on pense qu'elle est très probablement positive. Comment l'ARN polymérase en dépend-elle? Les fonctions des enzymes de structure simple sont la transcription d'une gamme limitée de gènes (ou même de leurs petites parties). Un exemple est la synthèse d'amorces d'ARN de fragments d'Okazaki. La spécificité du promoteur de l'ARN polymérase des bactéries et des phages est que les enzymes ont une structure simple et ne diffèrent pas en diversité. Cela peut être vu dans le processus de réplication de l'ADN chez les bactéries. Bien que l'on puisse également considérer ceci: lors de l'étude de la structure complexe du génome d'un phage T pair, au cours du développement duquel plusieurs commutations de transcription entre différents groupes de gènes ont été notées, il a été révélé qu'une ARN polymérase hôte complexe était utilisée pour ça. C'est-à-dire qu'une enzyme simple n'est pas induite dans de tels cas. Un certain nombre de conséquences en découlent:
- L'ARN polymérase eucaryote et bactérienne devrait être capable de reconnaître différents promoteurs.
- Il est nécessaire que les enzymes aient une certaine réponse aux différentes protéines régulatrices.
- ARN polymérase devrait également pouvoir modifier la spécificité de reconnaissance de la séquence nucléotidique de l'ADN matrice. Pour cela, divers effecteurs protéiques sont utilisés.
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D'ici découle le besoin du corps d'éléments "de construction" supplémentaires. Les protéines du complexe de transcription aident l'ARN polymérase à remplir pleinement ses fonctions. Cela s'applique, dans la plus grande mesure, aux enzymes de structure complexe, dans les possibilités desquelles la mise en œuvre d'un vaste programme de mise en œuvre de l'information génétique. Grâce à diverses tâches, nous pouvons observer une sorte de hiérarchie dans la structure des ARN polymérases.
Comment fonctionne le processus de transcription ?
Existe-t-il un gène responsable de la communication avecARN polymérase ? Tout d'abord, à propos de la transcription: chez les eucaryotes, le processus se déroule dans le noyau. Chez les procaryotes, il a lieu au sein du micro-organisme lui-même. L'interaction polymérase est basée sur le principe structurel fondamental de l'appariement complémentaire de molécules individuelles. En ce qui concerne les problèmes d'interaction, on peut dire que l'ADN agit exclusivement comme matrice et ne change pas pendant la transcription. Puisque l'ADN est une enzyme intégrale, il est possible de dire avec certitude qu'un gène particulier est responsable de ce polymère, mais ce sera très long. Il ne faut pas oublier que l'ADN contient 3,1 milliards de résidus nucléotidiques. Par conséquent, il serait plus approprié de dire que chaque type d'ARN est responsable de son propre ADN. Pour que la réaction de polymérase se déroule, des sources d'énergie et des substrats de ribonucléoside triphosphate sont nécessaires. En leur présence, des liaisons 3', 5'-phosphodiester se forment entre les ribonucléosides monophosphates. La molécule d'ARN commence à être synthétisée dans certaines séquences d'ADN (promoteurs). Ce processus se termine aux sections de terminaison (terminaison). Le site dont il est question ici s'appelle le transcripton. Chez les eucaryotes, en règle générale, il n'y a qu'un seul gène ici, tandis que les procaryotes peuvent avoir plusieurs sections du code. Chaque transcripton possède une zone non informative. Ils contiennent des séquences nucléotidiques spécifiques qui interagissent avec les facteurs de transcription régulateurs mentionnés précédemment.
ARN polymérases bactériennes
Cesmicro-organismes une enzyme est responsable de la synthèse de l'ARNm, de l'ARNr et de l'ARNt. La molécule de polymérase moyenne a environ 5 sous-unités. Deux d'entre eux agissent comme éléments de liaison de l'enzyme. Une autre sous-unité est impliquée dans l'initiation de la synthèse. Il existe également un composant enzymatique pour la liaison non spécifique à l'ADN. Et la dernière sous-unité est impliquée dans la mise en forme de l'ARN polymérase. Il convient de noter que les molécules d'enzymes ne sont pas "libres" flottant dans le cytoplasme bactérien. Lorsqu'elles ne sont pas utilisées, les ARN polymérases se lient à des régions non spécifiques de l'ADN et attendent qu'un promoteur actif s'ouvre. En s'éloignant légèrement du sujet, il faut dire qu'il est très pratique d'étudier les protéines et leur effet sur les polymérases d'acide ribonucléique sur les bactéries. Il est particulièrement pratique de les expérimenter pour stimuler ou supprimer des éléments individuels. En raison de leur taux de multiplication élevé, le résultat souhaité peut être obtenu relativement rapidement. Hélas, la recherche humaine ne peut pas progresser à un rythme aussi rapide en raison de notre diversité structurelle.
Comment l'ARN polymérase a-t-elle "pris racine" sous différentes formes ?
Cet article arrive à sa conclusion logique. L'accent était mis sur les eucaryotes. Mais il y a aussi des archées et des virus. Par conséquent, je voudrais prêter un peu d'attention à ces formes de vie. Dans la vie des archées, il n'y a qu'un seul groupe d'ARN polymérases. Mais il est extrêmement similaire dans ses propriétés aux trois associations d'eucaryotes. De nombreux scientifiques ont suggéré que ce que nous pouvons observer dans les archées est en faitancêtre évolutif des polymérases spécialisées. La structure des virus est également intéressante. Comme mentionné précédemment, tous ces micro-organismes n'ont pas leur propre polymérase. Et là où c'est, c'est une seule sous-unité. On pense que les enzymes virales sont dérivées d'ADN polymérases plutôt que de constructions d'ARN complexes. Bien qu'en raison de la diversité de ce groupe de micro-organismes, il existe différentes implémentations du mécanisme biologique considéré.
Conclusion
Hélas, à l'heure actuelle, l'humanité ne dispose pas encore de toutes les informations nécessaires pour comprendre le génome. Et que pourrait-on faire ! Presque toutes les maladies ont fondamentalement une base génétique - cela s'applique principalement aux virus qui nous causent constamment des problèmes, aux infections, etc. Les maladies les plus complexes et les plus incurables sont aussi, de fait, directement ou indirectement dépendantes du génome humain. Lorsque nous apprenons à nous comprendre et à appliquer ces connaissances à notre avantage, un grand nombre de problèmes et de maladies cesseront tout simplement d'exister. De nombreuses maladies auparavant terribles, telles que la variole et la peste, appartiennent déjà au passé. Se préparer à y aller oreillons, coqueluche. Mais nous ne devons pas nous relâcher, car nous sommes toujours confrontés à un grand nombre de défis différents auxquels il faut répondre. Et on le retrouvera, car tout va dans ce sens.
