Av de tusentals proteinerna som produceras i våra celler, är fåtalet så viktigt som enzymRNApolymerasen (RNAP), som har den unika kapaciteten faithfully att kopiera genetisk information från DNA.
I faktum beror alla organismer - från bakterier som ska bemannas - på RNAP till påbörjandet komplex som är processaa av proteinsyntes. Illviljan dess avgörande roll i cellbiologi, grund ifrågasätter återstår om hur RNAP-enzymet fungerar faktiskt.
Nu forskare från Stanford-Universiteten och Universitetar av Wisconsin-Madison har löst del av pussel. Handstil i föra journal överCellen, forskninglaget grundar att en molekyl av RNAP gör för att frekventera pauser på specifika platser längs DNA-dubblettspiralen. Detta som finner, kommer på hälen av lagets upptäckt 2003 att RNAP-enzym gör rutinmässigt tusentals kort stopp (”allestädes närvarande pauser”) när ut de bär den livsviktiga uppgiften av att kopiera genetisk information från DNA till RNA - en processaa kallad transkription.
”Är Transkription av gener hemskt viktig,”, sade studieco-författare Steven M. Kvarter, professor av biologiska vetenskaper och av applicerad fysik på Stanford. ”Är Det vad bestämmer skillnaden mellan cellerna i din hjärna eller din hjärta eller din lever. Alla dina celler har exakt den samma DNAEN, men vad gör dem olika, är att de kopierar olika gener som kodifierar för olika proteiner.”,
Från DNA till RNA till protein
Proteinsyntes är slående liknande sammanlagt organismer. Den startar med DNA - den berömda stege-formade dubbla spiralen, vars rungs (eller ”baser”) bestå av fyra kemiska enheter som är bekant vid förkortningarna A, T, G och C. En typisk DNA-molekyl innehåller tusentals gener som kodar tusentals proteiner, som är nödvändiga för liv. Varje gen består av en uppsättning av DNA-baser som är ordnade i ett unikt, ordnar som bär explicit anvisningar för byggande av ett specifikt protein. Men felplacerad man märker däri för att ordna - en T som ersättas för A.C., till exempel - kunde jordbruksprodukter ett skadadt protein som orsakar en allvarlig sjukdom, eller födelse hoppar av.
Transkription första steg i proteinsyntes, börjar, när ett RNAP-enzym drar ned blixtlåset på ett litet delar upp av DNA-dubblettspiralen var en gen lokaliseras. Enzymet bygger därefter ett nytt kompletterande strandar av RNA, genom chemically att kopiera (”kopiera”) genen en, baserar i sänder. Ska RNAP fortsätter flyttning längs DNAEN strandar, tills den hela genen ordnar kopieras på den kodade RNAEN, som därefter servar som en mall för byggande av det faktiska proteinet.
Nanotechnology
Att observera RNAP i handling använder Kvarteret och hans kollegor en inhyst specialbyggd ”optisk fälla” i hans Stanford labb. Detta känsligt instrumenterar låter forskare observera att transkription i real-time, genom att fånga individmolekylar av DNA och RNAP i minimalt strålar av infrared lätt.
”Är Våra mätningar exakta till en-tionde av en nanometer - bredden av en singelväteatom,” det förklarade Kvarteret. ”När du studien ett RNAP-enzym på det fjäll, dig upptäcker, att det flyttningar längs DNAEN för en stund, och för inte påtagligt resonerar därefter, det verkar att stoppa. Några pauser har vi redan utklurat. De jättelånga uppstår, som händer varje 1.000 baser, eller 30 så och sist upp till noterar, ofta, när enzymet gör en missförstå. Därefter fick korrigerar det till säkerhetskopia och missförstå. Men för varje en av de, finns det ungefärligt 10 allestädes närvarande pauser, som varar endast omkring 1 understöder och uppstår varje 100 baser eller, så - och deras roll är egentligen något av en gåta.”,
Ordna anhörigen
Att finna svaret baserar Kristina M. Herbert, en doktorand i Kvarter labb och för att leda författare av Cellstudien, skapade experimentella DNA-mallar som använder speciala 240, parar ordnar som startar en av två typer av långa pauser i RNAP - ”gå tillbaka pausen” som är tillhörande med genregleringen, som enzymet vänder om i riktning kort; eller ”en hårnålpaus,” namngett för hårnål-formade mycket lilla strukturerar som bildar ibland, när en RNA strandar röror till honom.
”Gjorde Kristina dessa totalt att kyla DNA-mallar som ha de samma 240na att basera parar ordnar upprepat över, och över igen åtta tider i en ro,”, sade Kvarter. Då molekylar av RNAP fästes till mallarna, uppförde de som förutsagt och att stoppa kort alls av gå tillbaka- och hårnålpausplatserna, men inte faktiskt gå tillbaka eller bilda hårnålar.