RNA پلیمراز

یک نگاه سریع به زیر میکروسکوپ کسی را متقاعد می کند که علیرغم هویت ژنتیکی هر یک از بیش از 200 نوع سلول بدن، تنوع مورفولوژیکی زیادی بین آنها وجود دارد. این تنوع را می توان به دلیل تفاوت در الگوهای بیان ژن در زمان و فضا. دگمه مرکزی زیست شناسی مولکولی جریان اطلاعات ژنتیکی از DNA (ژن ها) را به RNA پیام رسان به پروتئین های عملکردی آنزیمی تعلق می دهد. RNA پلیمراز (RNAP) آنزیمی است که برای اولین گام در بیان ژن موثر است - سنتز RNA ناشی از DNA که به عنوان رونویسی شناخته می شود. در طی رونویسی، RNAP که توسط انرژی آزاد منتشر شده توسط پلیمریزاسیون نوکلئوتیدی طراحی شده است، می تواند در امتداد الگو DNA با سرعت بیش از 10 نوکلئوتید در ثانیه حرکت کند و نیروهای بیشتر از 20 پوند را پشتیبانی کند.

این ظرفیت برای حفظ نیروهای بزرگ توضیح می دهد که توانایی RNAP برای انتقال پروتئین های متصل، مانند هیستون ها، که آن را در مواقعی که در امتداد الگو DNA قرار می گیرد، مواجه می شود. توانایی تبدیل انرژی شیمیایی به حرکت مشابه پروتئین های دیگر موتور مانند مایوسین و کینزین است. با این حال، این واقعیت که RNAP در امتداد DNA حرکت می کند، نه تنها توسط عوامل پروتئینی بیرونی تنظیم می شود، بلکه توسط سیگنال های کد شده در قالب DNA نیز تنظیم می شود. این درجه اضافی تنظیم باعث می شود RNAP یکی از پروتئین های کنترل شدید در سلول باشد. مقررات بیان ژن تنها زمانی قابل درک است که مکانیزم دقیق را درک می کنیم که RNAP افزودن یک نوکلئوتید را به یک رشته RNA رو به رشد می کشد و این را به انتقال آن در امتداد الگو DNA تبدیل می کند.

مطالعه مکانیزم های رونویسی RNAP با استفاده از آزمایش های بیوشیمیایی متداول، که فقط میانگین میانگین را گزارش می دهند، از دست رفتن سریع همگام سازی در جمعیت های تکثیر RNAP تکرار می شود. برای غلبه بر این مشکل، تمرکز NTP ها اغلب کمتر از سطح فیزیولوژیکی است. با استفاده از تله های نوری ما می توانیم مولکول های تک نوشتاری RNAP را در غلظت NTP فیزیولوژیکی پیگیری کنیم، به طوری که مستقیما سینتیک را اندازه گیری می کنیم و اطلاعات مکانی و مکانی دقیق ارائه می دهیم. ردیابی زیر نشان می دهد موقعیت RNAP در برابر زمان در امتداد ژن rpoB. تله نوری به ما اجازه می دهد تا احتمال وقوع رویدادهای کوتاه مدت مانند وقفه های این ردی را که احتمالا با روش های بیوشیمی سنتی دیده نمی شود، بررسی کنیم.