بنية بوليميريز الحمض النووي الريبي ، وظائف ، في بدائيات النوى ، في حقيقيات النوى وفي الأركيا

ال بوليميريز الحمض النووي الريبي هو مركب إنزيمي مسؤول عن التوسط في بلمرة جزيء الحمض النووي الريبي ، بدءًا من تسلسل الحمض النووي المستخدم كقالب. هذه العملية هي الخطوة الأولى من التعبير الجيني ، وتسمى النسخ. يرتبط بوليميريز RNA بالحمض النووي في منطقة معينة للغاية ، والمعروفة باسم المروج.

هذا الإنزيم - وعملية النسخ بشكل عام - أكثر تعقيدًا في حقيقيات النوى مقارنةً بداء النوى. تمتلك حقيقيات النوى العديد من بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تتخصص في أنواع معينة من الجينات ، على النقيض من بدائيات النوى حيث يتم نسخ جميع الجينات بواسطة فئة واحدة من البلمرة.

إن زيادة التعقيد داخل سلالات حقيقيات النوى في العناصر ذات الصلة بالنسخ هي على الأرجح مرتبطة بنظام أكثر تطوراً لتنظيم الجينات ، نموذجي للكائنات متعددة الخلايا.

في الأركيا ، يشبه النسخ العملية التي تحدث في حقيقيات النوى ، على الرغم من أنها تحتوي فقط على بوليميريز واحد.

البوليميرات لا تعمل بمفردها. من أجل أن تبدأ عملية النسخ بشكل صحيح ، من الضروري وجود مجمعات البروتين التي تسمى عوامل النسخ.

مؤشر

• 1 هيكل
• 2 وظائف
• 3 في بدائيات النوى
• 4 في حقيقيات النوى
  • 4.1 ما هو الجين?
  • 4.2 رنا بوليميريز II
  • 4.3 بوليميريز الحمض النووي الريبي الأول والثالث
  • 4.4 رنا بوليميريز في العضيات
• 5 في العتيق
• 6 الاختلافات مع بوليميريز الحمض النووي
• 7 المراجع

هيكل

أفضل بوليميرات الحمض النووي الريبي تميزًا هي بوليميرات البكتيريا. هذا يتكون من سلاسل متعددة الببتيد. يحتوي الإنزيم على العديد من الوحدات الفرعية المصنفة كـ α و β و β و σ. لقد ثبت أن هذه الوحدة الفرعية الأخيرة لا تشارك مباشرة في الحفز ، ولكنها تشارك في الارتباط المحدد للحمض النووي.

في الواقع ، إذا أزلنا الوحدة الفرعية ، فسيظل البوليميريز يحفز تفاعله المرتبط ، لكنه يفعل ذلك في المناطق الخطأ.

الوحدة ألفا لديه كتلة من 40،000 الدالتون وهناك اثنين. يوجد واحد فقط من الوحدات الفرعية β و and ، ولديهما كتلة 155000 و 160000 دالتون ، على التوالي.

تقع هذه الهياكل الثلاثة في نواة الإنزيم ، في حين أن الوحدة الفرعية بعيدة ، ويسمى عامل سيغما. ويبلغ وزن الإنزيم الكامل - أو الإنزيم الهوليزيمي - ما يقرب من 480،000 دالتون.

هيكل بوليميريز الحمض النووي الريبي متغير على نطاق واسع ، ويعتمد على المجموعة التي شملتها الدراسة. ومع ذلك ، في جميع الكائنات العضوية هو إنزيم معقد ، يتكون من عدة وحدات.

وظائف

وظيفة بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA polymerase) هي بلمرة النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) ، المصنوع من قالب DNA.

جميع المعلومات اللازمة لبناء وتطوير كائن حي مكتوب في الحمض النووي. ومع ذلك ، فإن المعلومات لا تترجم مباشرة إلى البروتينات. الخطوة الوسيطة لجزيء الحمض النووي الريبي messenger ضروري.

يتوسط هذا التحول للغة من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي بواسطة بوليميريز الحمض النووي الريبي وتسمى هذه الظاهرة النسخ. هذه العملية تشبه تكرار الحمض النووي.

في بدائيات النوى

بدائيات النوى هي كائنات أحادية الخلية ، بدون نواة محددة. من بين جميع بدائيات النوى ، كان الكائن الحي الأكثر دراسة الإشريكية القولونية. هذه البكتيريا هي من السكان الطبيعيين للميكروبات لدينا وكانت النموذج المثالي لعلماء الوراثة.

تم عزل بوليميريز الحمض النووي الريبي لأول مرة في هذا الكائن الحي ، وتم إجراء معظم دراسات النسخ كولاي. في خلية واحدة من هذه البكتيريا يمكننا أن نجد ما يصل إلى 7000 جزيء من البوليميرات.

على عكس حقيقيات النوى التي تحتوي على ثلاثة أنواع من بوليميرات الحمض النووي الريبي ، في بدائيات النوى ، تتم معالجة جميع الجينات بنوع واحد من البلمرة.

في حقيقيات النوى

ما هو الجين?

النواة هي كائنات حية لها نواة محددة بواسطة غشاء ولها عضيات مختلفة. تتميز الخلايا حقيقية النواة بثلاثة أنواع من بوليمرات الحمض النووي الريبي النووي ، وكل نوع مسؤول عن نسخ جينات معينة.

"الجين" ليس مصطلحًا سهل التحديد. عادة ، نحن معتادون على استدعاء أي تسلسل DNA "جين" يترجم في النهاية إلى بروتين. على الرغم من أن العبارة السابقة صحيحة ، هناك أيضًا جينات يكون منتجها النهائي هو RNA (وليس بروتين) ، أو أنها جينات تشارك في تنظيم التعبير.

هناك ثلاثة أنواع من البوليميرات ، تسمى الأول والثاني والثالث. سنصف وظائفه أدناه:

بوليميريز الحمض النووي الريبي II

الجينات التي ترمز للبروتينات - وتتضمن رنا مرسال - يتم نسخها بواسطة بوليميريز RNA. بسبب أهميتها في تخليق البروتين ، فقد كان أكثر بوليميريز درس من قبل الباحثين.

عوامل النسخ

لا تستطيع هذه الإنزيمات توجيه عملية النسخ من تلقاء نفسها ، فهي تحتاج إلى وجود بروتينات تسمى عوامل النسخ. يمكننا التمييز بين نوعين من عوامل النسخ: عامة وإضافية.

المجموعة الأولى تشمل البروتينات التي تشارك في نسخ جميع مروجي البوليميرات II. هذه تشكل الآلية الأساسية للنسخ.

في النظم في المختبر, تم تمييز خمسة عوامل عامة لا غنى عنها لبدء النسخ باستخدام RNA polymerase II. هؤلاء المروجين لديهم تسلسل إجماعي يسمى "مربع TATA".

تتضمن الخطوة الأولى من النسخ ربط عامل يسمى TFIID بمربع TATA. هذا البروتين معقد مع وحدات فرعية متعددة - من بينها ، واحدة محددة في المربع. كما أنه يتكون من عشرات الببتيدات تسمى TAFs (من الإنجليزية العوامل المرتبطة TBP).

العامل الثالث المعني هو TFIIF. بعد تعيين polymerase II ، تعد عوامل TFIIE و TFIIH ضرورية لبدء النسخ.

بوليميريز الحمض النووي الريبي الأول والثالث

RNA ريبوسوم هي العناصر الهيكلية للريبوسومات. بالإضافة إلى الريبوسوم RNA ، تتكون الريبوسومات من البروتينات وهي مسؤولة عن ترجمة جزيء الرنا المرسال إلى بروتين..

تشارك الرناوات المنقولة أيضًا في عملية الترجمة هذه ، مما يؤدي إلى الأحماض الأمينية التي سيتم دمجها في سلسلة الببتيد في التكوين.

يتم نسخ هذه الرنا (الريبوسوم ونقل) بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي الأول والثالث. إن بوليميريز RNA I خاص بنسخ الرنا الريباسي الأكبر ، والمعروف باسم 28S ، 28S و 5.8S. تشير S إلى معامل الترسيب ، أي معدلات الترسيب أثناء عملية الطرد المركزي.

بوليميريز RNA هو المسؤول عن نسخ الجينات التي ترمز إلى الرنا الريباسي الأصغر (5S).

بالإضافة إلى ذلك ، يتم نسخ سلسلة من الحمض النووي الريبي الصغيرة (تذكر أن هناك أنواع متعددة من الحمض النووي الريبي ، وليس فقط الرنا المرسال والريبوسوم ونقل الحمض النووي الريبي) مثل الحمض النووي الريبي النووي الصغير ، بواسطة RNA polymerase III.

عوامل النسخ

يحتاج بوليميريز RNA I ، المخصص حصريًا لنسخ جينات الريبوسوم ، إلى العديد من عوامل النسخ لنشاطها. تحتوي الجينات التي ترمز إلى الحمض النووي الريبي الريباسي على مروج موضعي حوالي 150 زوجًا "منبعًا" لموقع بدء النسخ.

يتم التعرف على المروج من قبل اثنين من عوامل النسخ: UBF و SL1. هذه تتعاون بشكل تعاوني مع المروج وتوظيف polymerase I ، لتشكيل مجمع البدء.

تتشكل هذه العوامل بواسطة وحدات فرعية بروتين متعددة. وبالمثل ، يبدو أن TBP عامل نسخ مشترك للبوليميرات الثلاثة في حقيقيات النوى.

بالنسبة إلى RNA polymerase III ، تم تحديد عامل النسخ TFIIIA و TFIIIB و TFIIIC. وترتبط هذه بالتسلسل إلى مجمع النسخ.

بوليميريز الحمض النووي الريبي في العضيات

المقصورات دون الخلايا تسمى العضيات هي واحدة من الخصائص المميزة لنواة حقيقيات النوى. تحتوي الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء على بوليميريز RNA منفصل يشبه هذا الإنزيم في البكتيريا. هذه البوليميرات نشطة ، وتقوم بنسخ الحمض النووي الموجود في هذه العضيات.

وفقًا لنظرية الإندوسبيوتيك ، فإن حقيقيات النوى تأتي من حالة تكافل ، حيث ابتلعت بكتريا واحدة أصغر. تشرح هذه الحقيقة التطورية ذات الصلة التشابه بين بوليميرات الميتوكوندريا مع بوليميريز البكتيريا.

في العتيق

كما هو الحال في البكتيريا ، في الأركيا ، هناك نوع واحد فقط من البلمرة المسؤولة عن نسخ جميع جينات الكائن أحادي الخلية.

ومع ذلك ، فإن بوليميريز الحمض النووي الريبي في الأركيا يشبه إلى حد بعيد هيكل البلمرة في حقيقيات النوى. أنها توفر مربع TATA وعوامل النسخ ، TBP و TFIIB ، على وجه التحديد.

بشكل عام ، فإن عملية النسخ في حقيقيات النوى تشبه إلى حد بعيد تلك الموجودة في الأركيا..

الاختلافات مع بوليميريز الحمض النووي

يتم تنسيق تكرار الحمض النووي بواسطة مجمع إنزيمي يسمى بوليميريز الحمض النووي. على الرغم من أن هذا الإنزيم يُقارن عادةً ببلمرة إنزيم الحمض النووي الريبي (RNA) - يحفز كلاهما بلمرة سلسلة النيوكليوتيدات في اتجاه 5 إلى 3 - هناك اختلافات في عدة جوانب.

يحتاج بوليميريز الحمض النووي إلى جزء قصير من النيوكليوتيدات حتى يتمكن من البدء في تكرار الجزيء ، ويُسمى التمهيدي أو التمهيدي. يمكن أن يبدأ بوليميريز RNA في التخليق دي نوفو, ولا يحتاج الأول لنشاطه.

إن بوليميريز الحمض النووي قادر على الارتباط بالعديد من المواقع على طول كروموسوم ، في حين أن البوليميريز يرتبط فقط بالمروجين للجينات.

فيما يتعلق بآليات تصحيح التجارب المطبعية من الإنزيمات ، فإن أنزيمات إنزيم بوليميريز الحمض النووي معروفة بشكل كبير ، حيث تكون قادرة على تصحيح النوكليوتيدات الخاطئة التي تم بلمرتها عن طريق الخطأ.

مراجع

1. Cooper، G.M، Hausman، R.E، & Hausman، R.E (2000). الخلية: نهج الجزيئي (المجلد 2). واشنطن ، العاصمة: مطبعة ASM.
2. Lodish، H.، Berk، A.، Darnell، J.E، Kaiser، C.A.، Krieger، M.، Scott، M.P.، ... & Matsudaira، P. (2008). بيولوجيا الخلية الجزيئية. ماكميلان.
3. Alberts B و Johnson A و Lewis J et et. (2002). البيولوجيا الجزيئية للخلية. الطبعة الرابعة. نيويورك: علوم الطوق
4. بيرس ، ب. أ. (2009). علم الوراثة: نهج مفاهيمي. Ed. Panamericana Medical.
5. لوين ، ب. (1975). التعبير الجيني. كتب UMI على الطلب.