Di migliaia di proteine prodotte in nostre celle, pochi sono importanti quanto il RNA polimerasi degli enzimi (RNAP), che ha la capacità unica di copiare fedelmente le informazioni genetiche da DNA.
Infatti, tutti gli organismi - dai batteri alla gente - dipendono da RNAP per iniziare il trattamento complesso di sintesi delle proteine. Malgrado il suo ruolo cruciale in biologia cellulare, le domande fondamentali rimangono circa come l'enzima di RNAP realmente funziona.
Ora gli scienziati dalla Stanford University e l'Università di Wisconsin-Madison hanno risolto la parte del puzzle. Scrivendo nella Cella del giornale, il gruppo di ricerca ha trovato che una molecola di RNAP fa le frequenti pause ai siti specifici lungo la doppia elica del DNA. Ciò che trova viene alle calcagna della scoperta 2003 del gruppo che gli enzimi di RNAP ordinariamente rendono a migliaia di brevi arresti (“pause onnipresente„) quando assolve il compito vitale della trascrizione delle informazioni genetiche da DNA al RNA - un trattamento ha chiamato la trascrizione.
“La Trascrizione dei geni è terribile importante,„ ha detto il co-author Steven M. il Block, il professor di studio delle scienze biologiche e di fisica applicata a Stanford. “È che cosa determina la differenza fra le celle nel vostro cervello o il vostro cuore o il vostro fegato. Tutte le vostre celle hanno esattamente lo stesso DNA, ma che cosa le rende differenti è che trascrivono i geni differenti che codificano per le proteine differenti.„
Da DNA a RNA a proteina
La Sintesi delle proteine è in maniera sconvolgente simile in tutti gli organismi. Comincia con DNA - la doppia elica a forma di scala famosa, di cui gradini (o “basi„) consista di quattro unità chimiche conosciute dalle abbreviazioni A, T, G e C. Una molecola tipica del DNA contiene migliaia di geni che codificano migliaia di proteine, che sono essenziali per vita. Ogni gene consiste di un insieme delle basi del DNA sistemate in una sequenza unica che porta le istruzioni esplicite per la costruzione della proteina specifica. Ma si ha riposto male la lettera in quella sequenza - T sostituito per Corrente alternata, per esempio - potrebbe produrre una proteina nociva che causa una malattia o un difetto di nascita seria.
La Trascrizione, il primo punto nella sintesi delle proteine, comincia quando un enzima di RNAP apre la chiusura lampo di piccola sezione di doppia elica del DNA in cui un gene è individuato. L'enzima poi costruisce un nuovo filo complementare di RNA chimicamente copiando (“trascrivendo„) la base del gene uno per volta. RNAP continuerà a muoversi lungo il filo del DNA fino a trascrivere l'intera sequenza del gene sul RNA codificato, che poi servisce da modello per la costruzione della proteina reale.
Nanotecnologia
Per osservare RNAP nell'atto, il Blocco ed i suoi colleghi usano “una trappola ottica„ su misura alloggiata nel suo laboratorio di Stanford. Questo strumento sensibile permette che i ricercatori osservino la trascrizione in tempo reale intrappolando le diverse molecole di DNA e di RNAP in raggi minuscoli di luce infrarossa.
“Le Nostre misure sono accurate ad un decimo di un nanometro - la larghezza di singolo atomo di idrogeno,„ Blocco spiegato. “Quando studiate un enzima di RNAP a quel disgaggio, scoprite che si muove lungo il DNA per un po'e poi per nessuna ragione che evidente sembra fermarsi. Alcune pause che già abbiamo capito. Lunghi realmente quei, che accadano ogni 1.000 basi o così e l'ultima volta fino a 30 minuti, accadono spesso quando l'enzima fa un errore. Poi, deve fare un backup e correggere l'errore. Ma per ogni uno di quelli, ci sono approssimativamente 10 pause onnipresente che durano soltanto circa 1 seconde ed accadono ogni 100 basi o in modo da - ed il loro ruolo è realmente qualcosa di un mistero.„
Dipendente di Sequenza
Per trovare la risposta, Kristina M. Herbert, un dottorando nel laboratorio del Blocco e l'autore principale della Cella studiano, modelli sperimentali creati del DNA facendo uso di uno speciale una sequenza di 240 coppie di basi che avvia uno di due tipi di pause lunghe in RNAP - “una pausa di backtracking„ connessa con il regolamento del gene in cui la direzione di inversi degli enzimi brevemente; o “una pausa della forcella,„ ha nominato per le strutture a forma di forcella minuscole che a volte si formano quando un filo del RNA lega a se stesso.
“Kristina ha fatto questi modelli completamente freschi del DNA che hanno la stessa sequenza di 240 coppie di basi ripetuta continuamente otto volte in una riga,„ Blocco ha detto. Quando le molecole di RNAP sono state fissate ai modelli, si sono comportate come preveduto, facendo una pausa brevemente al tutto rintracci ed ai siti di pausa della forcella, ma non realmente al rintracciamento o a formare delle forcelle.