Как полимеразы определяют начало работы и как они находят место работы?

Полимеразы (от греч. πολύ «много» + μέρος «часть») — это белки, которые катализируют реакцию синтеза молекул РНК/ДНК (транскрипцию). Они используют ДНК/РНК в качестве матрицы, поэтому полное название полимеразы всегда содержит информацию о матрице. Например:

В зависимости от того, что именно является матрицей для полимеразы, она будет связываться либо с ДНК, либо с РНК.

Здесь нужно понимать, что у прокариотов и у эукариотов немного разные механизмы связывания, но общего у них то, что "начало" транскрипции конкретного гена (или цепочки генов) — это промотор. Это определённая последовательность нуклеотидов РНК/ДНК. Их много разных. Например:

У эукариотов немного другая схема, и у них гораздо больше разных полимераз и больше промоторов. Например:

Очень важно заметить, что промоторы могут быть "разбросаны" по геному, и далеко не всегда находятся до начала кодируемой последовательности. Надо помнить, что ДНК, например, может быть конденсирована и свёрнута, и в каких-то случаях это помогает транскрипции, а в каких-то наоборот.

Еще у эукариотов есть дополнительные факторы транскрипции (TFs). Они помогают правильно расположить полимеразу на её "законном" месте. Связывание первичных факторов меняют 3D-структуру ДНК, немного "выгибая" её. Как видно на картинке, помимо промоторов есть ещё и другие последовательности, которые нужны для регуляции экспрессии генов: энхансеры, сайленсеры, инсуляторы, пограничные элементы и так далее.

Само связывание полимеразы с матрицей (на этапе инициации) — это номер один место для регуляции генов. Поэтому тут задействовано очень много белков, особенно у более сложных организмов как эукариоты.

Связывание, например, РНК-полимеразы с промотором может блокироваться белком-репрессором, физически закрывающим промотор или его участок. Или полимераза может нуждаться в дополнительном белке-активаторе для успешного связывания. Сам участок хроматина с промотором может быть недоступен для белков, в том числе полимеразы, при компактной упаковке, например, гетерохроматин у эукариот. И так далее.

Но самое главное, что нужно из этого извлечь: основное место связывания полимераз — это промотор, определенная последовательность нуклеотидов. Они бывают разные, и по-разному регулируются. А там уже сама полимераза (в белке есть специальный распознающий последовательность РНК/ДНК домен) соединяется с матрицей, и запускает транскрипцию.

Источники: