РНК полимераза и регулация на синтеза на РНК в клетката, Платформа за съдържание
Процесите на биосинтеза на ДНК, РНК и протеини са в основата на жизнената дейност на клетките, нормалното и патологичното развитие на организмите. Схемите на тези процеси вече са изяснени и сега е много важно да се установят структурата и механизмите на каталитичното действие на ензимите, които работят върху матрична ДНК (или, за някои вируси, върху РНК) и да се изяснят механизмите на регулиране на биосинтезата на макромолекулите, т.е. механизмите, които осигуряват развитието на организма и адаптирането на клетката към околната среда.
Как напредват изследванията в тази посока? Известно е, че цялата РНК върху ДНК се образува от ензима РНК полимераза. Според класическата теория за негативната регулация на Джейкъб и Моно, регулирането на образуването на РНК се осъществява от специални протеини - репресори, които взаимодействат с ДНК. РНК полимеразата синтезира РНК на всички гени, които не са блокирани от репресори. Според тази теория ензимът РНК полимераза, който синтезира РНК, играе пасивна роля според cvtii.
Получените резултати са особено важни в две отношения: те показаха за първи път, че протеин може да разпознае определени последователности в ДНК без участието на каквито и да било адаптери, които са например трансферни РНК в рибозоми; в допълнение, нашите данни ни позволиха да заключим, че регулирането на синтеза на РНК може да се основава не само на
РНК ПОЛИМЕРАЗА И РЕГУЛАЦИЯ НА СИНТЕЗА НА РНК
потискане на някои гени от репресори според F. Jacob и J. Monod, но и върху принципно различен механизъм - върху способността на РНК полимеразата да разпознава желаните гени. В развитието на тази идея се предполага, че превключването на синтеза на РНК от една група гени към друга може да бъде причинено в някои случаи от промени в структурата на РНК полимеразата, в резултат на което тя престава да разпознава една група гени.сегменти от ДНК и започва да разпознава други.
Предложеният механизъм се основава на взаимодействието само на два специфични компонента, ДНК и ензим, като резултатът от това взаимодействие зависи само от тяхната структура. На фиг. 1 представя молекули
РНК полимераза. Те изглеждат като многоъгълник в края и наслоен правоъгълник отстрани. Може да има дупка по оста. РНК полимеразата, когато се смеси с ДНК, се свързва с нея, както е показано на фиг. 2, където се виждат ДНК вериги и ензимни молекули.
И така, предполага се, че свойствата на РНК полимеразата определят към кои региони на ДНК ще се прикрепи и върху кои гени ще синтезира РНК. Съвсем очевидно е, че за по-нататъшно изследване на този въпрос е необходимо да се изяснят основните характеристики на структурата на РНК полимеразата. Вече показаните снимки показаха, че молекулата му е изградена от субединици.
Физикохимичните методи за изследване на структурата на протеина не винаги позволяват да се изяснят едновременно биологичните функции на компонентите на молекулата. Поради това е изгодно да се комбинират физикохимични методи с
мрежови подходи, по-специално, за използване на промяната на протеин с помощта на мутации. Първата мутация, увреждаща бактериалната РНК полимераза, е получена от S. 3. Mindlin в лабораторията на биологичния отдел на Института по атомна енергия. . Тази мутация инактивира ензима (фиг. 3). Но нормалната полимераза също може да бъде инактивирана от умерена топлина. Предполагаше се, че
РНК ПОЛИМЕРАЗА И РЕГУЛАЦИЯ НА СИНТЕЗА НА РНК
От горното се вижда, че наред с отрицателната регулация на синтеза на РНК с помощта на репресори, съществува и положителна регулация, основана на двукомпонентната структура на РНК полимеразата и на промените в нейната способност да разпознава различнигрупи от гени. Въз основа на това можем да хвърлим нов поглед върху целия проблем и да постулираме, че регулирането на синтеза на РНК от своя страна се основава до известна степен на регулирането на образуването на отделни компоненти на РНК полимеразата и протеинови фактори, които взаимодействат с нея. Оттук и необходимостта от изследване на регулацията на синтеза на самата РНК полимераза. Такива изследвания започнаха в нашата лаборатория.
Синтезът на всеки протеин в клетка се определя от система от генетични елементи - структурни гени, кодиращи последователността от аминокиселини в полипептидите на протеина, и регулаторни компоненти - като промотор, към който РНК полимеразата се прикрепя, за да започне да чете гените. Тези генетични елементи могат да бъдат открити само с помощта на мутации, които засягат количеството и свойствата на протеина, който ни интересува.
et al., получиха няколко вида мутации, които променят различни свойства на РНК полимеразата (фиг. 7): способността да се прикрепя към ДНК (tsX),резистентност към антибиотици рифампицин, който потиска инициирането на синтеза на РНК (rif-r), и стрептолидигин, който потиска растежа на РНК вериги (stl-r). Всички тези мутации са локализирани в една и съща област на хромозомата. Следователно поне някои от гените, кодиращи РНК полимеразните полипептиди, се намират там.
Възниква въпросът дали изобщо се регулира синтезата на РНК полимеразата или нейните структурни гени работят непрекъснато с пълна отдаденост? При решаването на този въпрос ние се основавахме на следното твърдение: известно е как концентрацията на даден протеин в клетката е пропорционална на броя на нейните структурни гени, при условие че синтезът на този протеин не е регулиран; ако образуването му се регулира, тогава количеството на този протеин може да остане постоянно дори когато броят на неговите гени се умножи.
, използвайки метода на Lowe, полученнабор от допълнителни малки епизоми хромозоми, съдържащи областта на РНК полимеразните гени (фиг. 8). По време на конюгацията на мъжки и женски бактериални клетки в