Van duizenden proteïnen in onze cellen worden geproduceerd, zijn weinigen zo belangrijk zoals de polymerase van enzymRNA (RNAP), die de unieke capaciteit heeft genetische informatie van DNA trouw om te kopiëren die.
In feite, hangen alle organismen - van bacteriën aan mensen - van RNAP af om het complexe proces van eiwitsynthese in werking te stellen. Ondanks zijn essentiële rol in celbiologie, blijven de fundamentele vragen over hoe het enzym RNAP eigenlijk werkt.
Nu hebben de wetenschappers van de Universiteit van Stanford en de Universiteit van Wisconsin-Madison een deel van raadsel opgelost. Schrijvend in de dagboekCel, vond het onderzoekteam dat een molecule van RNAP frequente pauzes bij specifieke plaatsen langs de dubbele schroef van DNA maakt. Dit het vinden komt op de hielen van de ontdekking dat van 2003 van het team de enzymen RNAP uit routine duizenden korte einden („alomtegenwoordige pauzes“) maken wanneer het uitvoeren van de essentiële taak om genetische informatie van DNA in RNA te transcriberen - een proces riep transcriptie.
De „Transcriptie van genen is vreselijk belangrijke,“ bovengenoemde studiemedeauteur Steven M. Block, professor van biologische wetenschappen en van toegepaste fysica in Stanford. „Het is wat het verschil tussen de cellen in uw hersenen of uw hart of uw lever bepaalt. Elk van uw cellen hebben precies zelfde DNA, maar wat hen verschillend maakt is dat zij verschillende genen transcriberen die voor verschillende proteïnen.“ coderen
Van DNA aan RNA aan proteïne
De Eiwit synthese is opvallend gelijkaardig in alle organismen. Het begint met DNA - de beroemde laddervormige dubbele schroef, de waarvan sporten (of de „basissen“) uit vier chemische die eenheden bestaan door de afkortingen A, T, G en C. worden gekend. Een typische molecule van DNA bevat duizenden genen die duizenden proteïnen coderen, die voor het leven essentieel zijn. Elk die gen bestaat uit een reeks basissen van DNA in een unieke opeenvolging worden geschikt die expliciete instructies voor de bouw van een specifieke proteïne draagt. Maar één misplaatste brief in die die opeenvolging - T voor a.c. wordt gesubstitueerd, bijvoorbeeld - kon een beschadigde proteïne produceren die een ernstig ziekte of geboortetekort veroorzaakt.
De Transcriptie, de eerste stap in eiwitsynthese, begint wanneer een enzym RNAP een kleine sectie van de dubbele schroef openritst van DNA waar een gen wordt gevestigd. Het enzym bouwt dan een nieuwe bijkomende bundel van RNA door („transcriberend“) gen één tegelijkertijd chemisch te kopiëren basis. RNAP zal blijven bewegend langs de bundel van DNA tot de volledige genopeenvolging op gecodeerd RNA wordt getranscribeerd, dat dan als malplaatje voor de bouw van de daadwerkelijke proteïne dient.
Nanotechnologie
Om RNAP in actie waar te nemen, gebruiken het Blok en zijn collega's een op bestelling gemaakte „optische die val“ in zijn laboratorium van Stanford wordt gehuisvest. Dit gevoelige instrument staat onderzoekers toe om transcriptie in echt waar te nemen - tijd door individuele molecules van DNA en RNAP in minieme stralen van infrarood licht op te sluiten.
„Onze metingen zijn nauwkeurig aan één tiende van een nanometer - de breedte van één enkel waterstofatoom,“ verklaard Blok. „Wanneer u een enzym RNAP bij die schaal bestudeert, ontdekt u dat het zich langs DNA voor een tijdje beweegt, en dan om geen duidelijke reden schijnt het op te houden. Sommige pauzes die wij reeds hebben berekend. De werkelijk lange, die elke 1.000 basissen of zo gebeuren en tot 30 minuten duren, komen vaak voor wanneer het enzym een fout maakt. Dan, moet het file en de fout verbeteren. Maar voor elke één van die, zijn er ruwweg 10 alomtegenwoordige pauzes dat slechts laatste ongeveer 1 tweede en komt elke 100 basissen of zo voor - en hun rol is werkelijk iets van een geheim.“
Afhankelijke Opeenvolging
Om het antwoord te vinden, creeerden Kristina M. Herbert, een gediplomeerde student in het laboratorium van het Blok en de hoofdauteur van de studie van de Cel, de experimentele malplaatjes van DNA gebruikend een speciale opeenvolging van het 240 basispaar die één van twee soorten lange pauzes in RNAP - „het terugkrabbelen van pauze“ verbonden aan genregelgeving teweegbrengt waarin het enzym richting kort omkeert; of een „haarspeldpauze,“ genoemd voor uiterst kleine haarspeld-vormige structuren die zich soms vormen wanneer een bundel van RNA aan zich bindt.
„Kristina maakte deze totaal koele malplaatjes van DNA die de zelfde opeenvolging van het 240 die basispaar steeds opnieuw acht keer in een rij,“ bovengenoemd wordt herhaald hebben Blok. Toen de molecules van RNAP werden vastgemaakt aan de malplaatjes, gedroegen zij zich zoals voorspeld, niet eigenlijk kort pauzerend bij alle weg terug en haarspeldpauzeplaatsen, maar terugkrabbelend of vormt haarspelden.