RNT polimeraza

RNT polimerazaMolekulyar biologiyada RNT polimeraza (RNAP və ya RNApol kimi qısaldılmış və rəsmi olaraq DNT hədəfli (asılı) RNT polimeraz) RNT-ni bir DNT matrisindən sintez edən bir fermentdir[1] . Enzim helikazdan istifadə edərək, RNAP lokal olaraq cüt zolaqlı DNT-ni açır ki, məruz qalan nükleotidlərin bir zolağı RNT sintezi üçün şablon olaraq istifadə oluna bilər, bu proses transkripsiyadır.[2] Transkripsiya faktoru və onunla əlaqəli transkripsiyası vasitəçi kompleksi, RNAP bu vəziyyətdə DNT-nin açılmasını başlamazdan əvvəl promoter bölgəsi adlanan bir DNT bağlanma sahəsinə əlavə edilməlidir.[3] RNAP, yalnız RNT transkripsiyasını başlatmaz, eyni zamanda nükleotidləri mövqeyə yönəldir, bağlanma və uzanmağı asanlaşdırır, daxili korreksiya və əvəzetmə qabiliyyətinə və sonlandırma tanıma qabiliyyətinə malikdir. Prokariotlarda RNAP, 2,4 milyon nükleotid olduğu müddətdə zəncirlər qura bilər.[4]

RNT polimeraz (bənövşəyi) DNT ikiqat zəncirini açır və tək zəncirli bir RNT (yaşıl) yaratmaq üçün şablon olaraq bir zolaqdan (tünd narıncı) istifadə edir.

RNAP, funksional olaraq ya bir zülalı kodlaşdırmaq üçün nəzərdə tutulmuş RNA istehsal edir, yəni Messenger RNA (mRNA); və ya kodlaşdırma ("RNT genləri" deyilir). Ən az dörd funksional RNT geni vardır:[5]

  • Transfer RNT (tRNT) - xüsusi amin turşularını tərcümə zamanı zülal sintezinin ribosomal yerində böyüyən polipeptid zəncirlərinə köçürür.
  • Ribosomal RNT (r-RNT) - ribosomlara daxil edilmişdir;
  • mikro RNT (miRNA) - gen fəaliyyətini tənzimləyir;
  • katalitik RNT (ribozim) - fermentatik cəhətdən aktiv bir RNT molekulu kimi fəaliyyət göstərir.[6]

StrukturRedaktə

2006-cı ildə Kimya üzrə Nobel Mükafatı, transkripsiya prosesinin müxtəlif mərhələlərində RNT polimerazın detallı molekulyar şəkillərinin yaradılmasına görə Roger D. Kornbergə verildi. Bütün RNAP, metal kofaktorları, xüsusən də transkripsiya prosesinə kömək edən sink və maqnezium kationlarını ehtiva edir.[7]

FunksiyaRedaktə

Gen transkripsiyası prosesinə nəzarət, gen ekspression nümunələrini təsir edir və beləliklə hüceyrənin dəyişən bir mühitə uyğunlaşmasına, bədəndəki xüsusi rolları yerinə yetirməsinə və yaşamaq üçün lazım olan əsas metabolik prosesləri davam etdirməsinə imkan verir. Bu səbəbdən RNAP fəaliyyətinin uzunmüddətli, mürəkkəb və ciddi şəkildə tənzimlənməsi təəccüblü deyil. Escherichia coli bakteriyalarında RNAP aktivliyini dəyişdirən 100-dən çox transkripsiya faktoru müəyyən edilmişdir[8] . RNAP, promotorlar olaraq bilinən xüsusi DNT ardıcıllığında transkripsiyaya başlaya bilər. Daha sonra şablon DNT zolağını tamamlayan bir RNT zolağı meydana gətirir. Nükleotidlərin bir RNT zolağına əlavə edilməsi prosesi uzanma olaraq bilinir; eukaryotlarda RNAP 2.4 milyon nukleotid uzunluğuna qədər zəncirlər qura bilər (distrofin geninin bütün uzunluğu). RNAP, RNA transkriptini terminator olaraq bilinən genlərin uclarında kodlanmış müəyyən DNT ardıcıllığında buraxacaq.[9]

RNAP məhsullarına aşağıdakılar daxildir:

  • Məlumat RNT (mRNA) zülalların ribozomlarla sintezi üçün bir şablondur.
  • Kodlaşdırmayan RNT və ya "RNT genləri" zülala çevrilməyən RNT-ni kodlayan geniş bir gen növüdür. RNT genlərinin ən görkəmli nümunələri, hər ikisi də tərcümədə iştirak edən nəqliyyat RNT (t-RNT) və ribosomal RNT (r-RNT). Bununla birlikdə, 1990-cı illərin sonlarından bəri bir çox yeni RNT geni kəşf edilmişdir və bu səbəbdən RNT genləri əvvəl düşünüləndən daha əhəmiyyətli bir rol oynaya bilər.[10]
  • Transfer RNT (tRNA) - xüsusi amin turşularını tərcümə zamanı zülal sintezinin ribosomal yerində böyüyən polipeptid zəncirlərinə köçürür.
  • Ribosomal RNT (rRNA) ribosomların bir hissəsidir.
  • Mikro RNT - gen fəaliyyətini tənzimləyir.
  • Katalitik RNT (ribozim) fermentativ olaraq aktiv olan RNT molekuludur.[11]

FəaliyyətRedaktə

Bakteriyalarda RNT polimerazın bağlanmasına -35 və -10 elementləri olan (köçürülən ardıcıllığın başlanğıcından əvvəl) elementləri olan nüvə promotorunun bölgəsini tanıyan sigma faktoru, həmçinin bəzi promotorlarda C-terminal domeni daxildir. Hər biri dəyişdirilə bilən bir neçə sigma faktoru var ki, bunların hər biri müəyyən bir təbliğatçı dəstini tanıyır[12] . Məsələn, E. coli-də σ70 normal şərtlərdə ifadə olunur və normal şəraitdə tələb olunan genlərin təbliğçilərini (“ev işləyən genlər”) tanıyır, σ32 yüksək temperaturda tələb olunan genlərin təbliğçilərini (“istilik şoku genləri”) tanıyır.[13]

Digər orqanizmlərRedaktə

DNT və RNT polimerazlarının şablondan asılı nükleotid polimerləşməsini həyata keçirdiyini nəzərə alsaq, iki növ fermentin struktur cəhətdən əlaqəli olmasını gözləmək olar.[14] Bununla birlikdə, hər iki növ fermentin rentgen difraksiyası tədqiqatları göstərir ki, onların katalitik mərkəzində kritik bir Mg2 + ionu olması istisna olmaqla, bir-biri ilə praktik olaraq əlaqəsizdirlər; həqiqətən, matrisə bağlı nükleotid polimerləşmə fermentlərinin hüceyrələrin erkən təkamülü əsnasında müstəqil olaraq iki dəfə meydana gəldiyi görünür.[15]

BakteriyaRedaktə

Bakteriyalarda eyni ferment mRNT və kodlaşdırmayan RNT (ncRNT) sintezini kataliz edir.[16] RNTP böyük bir molekuldur. Əsas ferment beş alt hissədən ibarətdir.[17] Promotorları bağlamaq üçün RNTP nüvəsi, RNT polimeraz holoenzimini yaratmaq üçün transkripsiyanın başlanması sigma faktoru (σ) ilə birləşir.[18] Sigma, RNAP-ın spesifik olmayan DNT-yə yaxınlığını azaldır və eyni zamanda promotorlar üçün spesifikliyi artırır, bu da transkripsiyanın düzgün yerlərdə başlamasına imkan verir. Beləliklə, tam holoenzim 6 alt hissədən ibarətdir: β'βαIvə αIIωσ (~ 450 kDa).[19]

EukariotlarRedaktə

Eukariotların hər biri müəyyən bir RNT alt hissəsinin sintezindən məsul olan bir neçə nüvə RNTP növünə malikdir. Hamısı struktur və mexaniki olaraq bir-biri ilə və bakterial RNTP ilə əlaqəlidir: Eukariotik xloroplastlar bakterial RNTP-a çox oxşar RNTP ehtiva edir ("plastid kodlanmış polimeraz, PEP"). Nüvə genomunda kodlanmış sigma faktorlarından istifadə edirlər. Xloroplast ayrıca, struktur və mexaniki cəhətdən əlaqəsi olmayan, tək bir RNTP alt birliyini ("əsas kodlanmış polimeraz, NEP") ehtiva edir. Eukariotik mitoxondriyada nüvə tərəfindən kodlanmış tək subunitli RNTP olan POLRMT (insan) istifadə olunur.

VirusRedaktə

Ortopoksviruslar və bəzi digər nukleositoplazmik böyük DNT virusları, virus kodlu çox növlü RNTP istifadə edərək RNT sintez edir. Bunlar ən çox eukaryotik RNTP-lara bənzəyir, bəzi alt bölmələr kiçildilmiş və ya xaric edilmişdir. Hansı RNTP-a daha çox bənzədikləri mübahisəlidir. RNT-ni sintez edən digər virusların əksəriyyəti əlaqəsiz bir mexanizmdən istifadə edirlər. Bir çox virus, eukriotik xloroplastların (RpoT) və mitoxondriyanın (POLRMT) tək subunit RNTP-ı ilə struktur və mexaniki olaraq əlaqəli olan tək subnit DNT-ya bağlı RNTP (ssRNTP) və daha çox məsafədə DNT polimerazlarına və əks transkriptazlarına istifadə edir. Bəlkə də ən çox öyrənilən bu tək subunit RNTP bakteriyofaq T7 RNA polimerazdır.

TarixRedaktə

RNTP 1960-cı ildə Şarles Lav, Audrey Stevens və Gerard Hurvitz tərəfindən müstəqil olaraq kəşf edilmişdir. Bu zamana qədər 1959 Tibb Nobel Mükafatının yarısı, RNTP olduğu düşünülən şeyin kəşfinə görə Severo Ochoaya verildi, lakin bunun əvəzinə bir polinükleotid fosforilaz olduğu ortaya çıxdı.

TəmizləməRedaktə

RNT polimerazı aşağıdakı yollarla təcrid etmək olar:

  • Fosfoselüloz sütununun istifadəsi. [20]
  • DNT sütununda. [21]

.

  • İon xromatoqrafiya sütununun istifadəsi.

Həm də yuxarıda göstərilən üsulların birləşməsi. [22]

İstinadlarRedaktə

  1. Werner F, Grohmann D. "Evolution of multisubunit RNA polymerases in the three domains of life". Nature Reviews. Microbiology. 9 (2). February 2011: 85–98. doi:10.1038/nrmicro2507. PMID 21233849. See also Cramer 2002: Cramer P. "Multisubunit RNA polymerases". Curr Opin Struct Biol. 12 (1). 2002: 89–97. doi:10.1016/s0959-440x(02)00294-4. PMID 11839495.
  2. Nobel Prize in Chemistry 2006
  3. Griffiths AJF, Miller JH, Suzuki DT, et al. An Introduction to Genetic Analysis. 7th edition. New York: W. H. Freeman; 2000. Chapter 10.
  4. Alberts, Bruce. Molecular biology of the cell (Sixth). New York, NY. 2014-11-18. ISBN 9780815344322. OCLC 887605755. (#parameter_ignored)
  5. Markov D, Naryshkina T, Mustaev A, Severinov K. "A zinc-binding site in the largest subunit of DNA-dependent RNA polymerase is involved in enzyme assembly". Genes & Development. 13 (18). September 1999: 2439–48. doi:10.1101/gad.13.18.2439. PMC 317019. PMID 10500100.
  6. Ishihama A. "Functional modulation of Escherichia coli RNA polymerase". Annual Review of Microbiology. 54. 2000: 499–518. doi:10.1146/annurev.micro.54.1.499. PMID 11018136.
  7. Revyakin A, Liu C, Ebright RH, Strick TR. "Abortive initiation and productive initiation by RNA polymerase involve DNA scrunching". Science. 314 (5802). November 2006: 1139–43. Bibcode:2006Sci...314.1139R. doi:10.1126/science.1131398. PMC 2754787. PMID 17110577.
  8. Goldman SR, Ebright RH, Nickels BE. "Direct detection of abortive RNA transcripts in vivo". Science. 324 (5929). May 2009: 927–8. Bibcode:2009Sci...324..927G. doi:10.1126/science.1169237. PMC 2718712. PMID 19443781.
  9. Milo, Ron; Philips, Rob. "Cell Biology by the Numbers: What is faster, transcription or translation?". book.bionumbers.org. 20 April 2017 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 8 March 2017. (#parameter_ignored)
  10. Svetlov V, Nudler E. "Basic mechanism of transcription by RNA polymerase II". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms. 1829 (1). January 2013: 20–8. doi:10.1016/j.bbagrm.2012.08.009. PMC 3545073. PMID 22982365.
  11. Sydow JF, Cramer P. "RNA polymerase fidelity and transcriptional proofreading" (PDF). Current Opinion in Structural Biology. 19 (6). December 2009: 732–9. doi:10.1016/j.sbi.2009.10.009. hdl:11858/00-001M-0000-0015-837E-8. PMID 19914059.
  12. Richardson JP. "Rho-dependent termination and ATPases in transcript termination". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Structure and Expression. 1577 (2). September 2002: 251–260. doi:10.1016/S0167-4781(02)00456-6. PMID 12213656.
  13. Sydow JF, Cramer P. "RNA polymerase fidelity and transcriptional proofreading" (PDF). Current Opinion in Structural Biology. 19 (6). December 2009: 732–9. doi:10.1016/j.sbi.2009.10.009. hdl:11858/00-001M-0000-0015-837E-8. PMID 19914059.
  14. Stiller JW, Duffield EC, Hall BD. "Amitochondriate amoebae and the evolution of DNA-dependent RNA polymerase II". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (20). September 1998: 11769–74. Bibcode:1998PNAS...9511769S. doi:10.1073/pnas.95.20.11769. PMC 21715. PMID 9751740.
  15. Philips, Rob; Milo, Ron. "What is the error rate in transcription and translation?" (ingilis). İstifadə tarixi: 26 March 2019. (#parameter_ignored)
  16. Ebright RH. "RNA polymerase: structural similarities between bacterial RNA polymerase and eukaryotic RNA polymerase II". Journal of Molecular Biology. 304 (5). December 2000: 687–98. doi:10.1006/jmbi.2000.4309. PMID 11124018.
  17. Monastyrskaya GS, Gubanov VV, Guryev SO, Salomatina IS, Shuvaeva TM, Lipkin VM, Sverdlov ED. "The primary structure of E. coli RNA polymerase, Nucleotide sequence of the rpoC gene and amino acid sequence of the beta'-subunit". Nucleic Acids Research. 10 (13). July 1982: 4035–44. doi:10.1093/nar/10.13.4035. PMC 320776. PMID 6287430.
  18. Bergsland KJ, Haselkorn R. "Evolutionary relationships among eubacteria, cyanobacteria, and chloroplasts: evidence from the rpoC1 gene of Anabaena sp. strain PCC 7120". Journal of Bacteriology. 173 (11). June 1991: 3446–55. doi:10.1128/jb.173.11.3446-3455.1991. PMC 207958. PMID 1904436.
  19. Mathew R, Chatterji D. "The evolving story of the omega subunit of bacterial RNA polymerase". Trends in Microbiology. 14 (10). October 2006: 450–5. doi:10.1016/j.tim.2006.08.002. PMID 16908155.
  20. Kelly JL, Lehman IR. "Yeast mitochondrial RNA polymerase. Purification and properties of the catalytic subunit". The Journal of Biological Chemistry. 261 (22). August 1986: 10340–7. PMID 3525543.
  21. Hager DA, Jin DJ, Burgess RR. "Use of Mono Q high-resolution ion-exchange chromatography to obtain highly pure and active Escherichia coli RNA polymerase". Biochemistry. 29 (34). August 1990: 7890–4. doi:10.1021/bi00486a016. PMID 2261443.
  22. Honda A, Mukaigawa J, Yokoiyama A, Kato A, Ueda S, Nagata K, Krystal M, Nayak DP, Ishihama A. "Purification and molecular structure of RNA polymerase from influenza virus A/PR8". Journal of Biochemistry. 107 (4). April 1990: 624–8. doi:10.1093/oxfordjournals.jbchem.a123097. PMID 2358436.