Von den Tausenden von den Proteinen, die in unseren Zellen produziert werden, sind wenige so wichtig wie die Enzym RNS-Polymerase (RNAP), die die eindeutige Fähigkeit hat, genetische Informationen von DNS zuverlässig zu kopieren.
Tatsächlich hängen alle Organismen - von Bakterien zu Leute - von RNAP ab, um den komplexen Prozess der Proteinsynthese zu initialisieren. Trotz seiner entscheidenden Rolle in der Zellbiologie, bleiben grundlegende Fragen über, wie das RNAP-Enzym wirklich arbeitet.
Jetzt Wissenschaftler von der Universität von Stanford und von der Universität von Wisconsin-Madison haben Teil des Puzzlespiels gelöst. Schreibend in die Zapfen Zelle, fand das Forschungsteam, dass ein Molekül von RNAP häufige Pausen an den spezifischen Sites entlang dem DNS-Doppelhelix macht. Findenes Dieses kommt gleich nach der Entdeckung 2003 des Teams, die routinemäßig RNAP-Enzyme machen Tausenden der kurzen Anschläge („überall vorhandene Pausen“) wenn sie die wesentliche Aufgabe der Übertragung von genetischen Informationen von DNS zu RNS durchführen - ein Prozess rief Übertragung.
„Übertragung von Genen ist schrecklich wichtig,“ sagte Studienmitverfasser Steven M. Block, Professor von biologischen Wissenschaften und der angewandten Physik bei Stanford. „Es ist, was den Unterschied zwischen den Zellen in Ihrem Gehirn oder Ihr Inneres oder Ihre Leber bestimmt. Alle Ihre Zellen haben genau die gleiche DNS, aber, was sie unterschiedlich macht, ist, dass sie verschiedene Gene übertragen, die codieren für verschiedene Proteine.“
Von DNS zu RNS zum Protein
Proteinsynthese ist auffallend in allen Organismen ähnlich. Sie beginnt mit DNS - das berühmte Leiter-förmige Doppelhelix, aus dessen Sprossen (oder „Basis“) vier chemischen Geräten bestehen Sie, die durch die Abkürzungen A, T, G und C. bekannt sind. Ein typisches DNS-Molekül enthält Tausenden Gene, die Tausenden Proteine kodieren, die für das Leben wesentlich sind. Jedes Gen besteht einem Set aus DNS-Basis, die in einer eindeutigen Reihenfolge angeordnet werden, die ausdrückliche Ausbildung für das Aufbauen eines spezifischen Proteins trägt. Aber man verlegte Schreiben in dieser Reihenfolge - eine T ersetzt für Wechselstrom, zum Beispiel - könnte ein schädigendes Protein produzieren, das eine ernste Krankheit oder einen Geburtsschaden verursacht.
Übertragung, der erste Schritt in der Proteinsynthese, fängt an, wenn ein RNAP-Enzym ein kleines Kapitel des DNS-Doppelhelixes öffnet, in dem ein Gen lokalisiert wird. Das Enzym baut dann einen neuen ergänzenden Strang von RNS auf, indem es chemisch auf einmal („übertragend“) die Basis des Gens eins kopiert. RNAP fährt fort, entlang den DNA-Strang sich zu bewegen, bis die gesamte Genreihenfolge auf die kodierte RNS übertragen ist, die dann als Schablone für das Aufbauen des tatsächlichen Proteins dient.
Nanotechnologie
Um RNAP im Vorgang zu beobachten, verwenden Block und seine Kollegen eine kundenspezifische „optische Falle“, die in seinem Stanford-Labor untergebracht wird. Dieses empfindliche Instrument erlaubt Forschern, Übertragung in der Istzeit zu beobachten, indem es einzelne Moleküle von DNS und von RNAP in den winzigen Trägern der Infrarotleuchte einschließt.
„Unsere Maße sind bis Zehntel eines nm - die Breite eines einzelnen Wasserstoffatoms genau,“ der erklärte Block. „Wenn Sie ein RNAP-Enzym an dieser Schuppe studieren, entdecken Sie, dass sie entlang die DNS sich für eine Weile bewegt, und dann ohne erkennbaren Grund scheint sie zu stoppen. Einige Pausen, die wir bereits herausgefunden haben. Wirklich langen, die jede 1.000 Basis oder so und zuletzt bis 30 Minuten geschehen, treten häufig auf, wenn das Enzym einen Fehler macht. Dann muss es den Fehler unterstützen und korrigieren. Aber für jedes von denen, gibt es ungefähr 10 überall vorhandene Pausen, die nur ungefähr 1 zweite dauern und jede 100 Basis auftreten oder, also - und ihre Rolle ist wirklich etwas eines Geheimnisses.“
Reihenfolgenabhängiger
Um die Antwort zu finden, studieren Kristina M. Herbert, ein Student im Aufbaustudium im Labor des Blockes und führender Autor der Zelle, erstellte experimentelle DNS-Schablonen unter Verwendung einer falschen Paarreihenfolge des Special 240 die eins von zwei Baumustern lange Pausen in RNAP - eine „Zurückverfolgenpause startet“, die mit Genregulation verbunden ist in der die EnzymRückwärtsrichtung kurz; oder eine „Haarnadelpause,“ benannte für kleine Haarnadel-förmige Zellen, die sich manchmal bilden, wenn ein RNS-Strang an sich bindet.
„Kristina machte diese total kühlen DNS-Schablonen, die die gleiche Reihenfolge mit 240 falsche Paaren haben, die immer wieder in Folge achtmal wiederholt wird,“ Block sagte. Als Moleküle von RNAP zu den Schablonen befestigt wurden, benahmen sich sie, wie vorausgesagt, kurz pausierend an allem und an den Haarnadelpausensites, aber Haarnadeln nicht wirklich an denselben Weg zurückverfolgen oder an bilden denselben Weg zurückverfolgen Sie.