Što je transkripcija obrnuto

Suvremena biologija udara u jedinstvenost i opseg svojih otkrića. Do danas, ova znanost proučava većinu procesa koji su skriveni od naših očiju. Ovo je izvanredna molekularna biologija - jedno od obećavajućih područja koja pomaže otkriti najkompleksnije tajne živih tvari.

Što je reverzna transkripcija?

Reverse transkripcija (skraćeno OT) je specifičan proces koji je karakterističan za većinu virusa koji sadrže RNA. Njegova glavna značajka je sinteza dvolančane DNA molekule temeljene na matričnoj RNA.

OT nije karakterističan za bakterije ili eukariotske organizme. Glavni enzim, revertaza, igra ključnu ulogu u sintezi dvolančane DNA.

Povijest otkrića

Ideja da molekula ribonukleinske kiseline može postati predložak za sintezu DNA smatra apsurdnim sve do 1970-ih. Tada su Baltimore i Temin, koji rade zasebno jedan od drugoga, gotovo istovremeno otvorili novi enzim. Nazvali su ga RNA ovisna DNA polimeraza, ili reverzna transkriptaza.

Otkriće ovog enzima bezuvjetno je potvrdilo postojanje organizama sposobnih za reverznu transkripciju. Godine 1975. oba su znanstvenika dobila Nobelovu nagradu. Nakon nekog vremena Engelhardt je predložio alternativni naziv reverzne transkriptaze - revertaze.

Zašto proturječi središnjoj dogmi molekularne biologije

Središnja dogma je osnovna shema sekvencijalne sinteze proteina u bilo kojoj živoj stanici. Ova shema je izgrađena od tri komponente: DNA, RNA i proteina.

Prema središnjoj dogmi, RNA se može sintetizirati isključivo na matrici DNA, a samo tada RNA sudjeluje u konstrukciji primarne strukture proteina.

Ta je dogma formalno usvojena u znanstvenoj zajednici prije nego što se otkrio otkriće reverzne transkripcije. Nije iznenađujuće, ideja o reverznoj sintezi DNK iz RNA znanstvenici su već odavno odbili. Samo 1970. godine, zajedno s otkrićem revertaze, stavljena je točka u ovu materiju, što se očitovalo u osnovnoj shemi sinteze proteina.

Otklanjanje ptičjih retrovirusa

Proces reverzne transkripcije nije bez sudjelovanja polimeraze ovisne o RNA. Revvertaza retrovirusa ptica istraživana je maksimalno.

Ukupno oko 40 molekula ovog proteina može se naći u jednom virionu ove obitelji virusa. Protein se sastoji od dvije podjedinice, koje su jednake količine i obavljaju tri glavne funkcije revertaze:

1) Sinteza DNA molekule i na jednolančanim / dvolančanim RNA matricama i na osnovi deoksiribonukleinske kiseline.

2) Aktivacija RNaze H, čija je glavna uloga cijepanje RNA molekule u kompleksu RNA-DNA.

3) Uništavanje DNA molekula za inkorporaciju u eukariotski genom.

Mehanizam OT

Faze reverzne transkripcije mogu varirati ovisno o obitelji virusa, tj. od vrste njihovih nukleinskih kiselina.

Razmislite najprije one viruse koji koriste revertazu. Ovdje je RT proces podijeljen u 3 faze:

1) Sinteza ";" RNA lanca na "+" matrici RNA lanca.

2) Uništavanje "+" RNA lanca u kompleksu RNA-DNA pomoću RNaza enzima H.

3) Sinteza dvolančane DNA molekule na matrici ";" RNA lanca.

Ova metoda virionske umnožavanja je karakteristična za neke onkogene viruse i virus humane imunodeficijencije (HIV).

Treba napomenuti da za sintezu bilo koje nukleinske kiseline na matrici RNA, potrebno je sjeme ili primer. Primer je kratki slijed nukleotida koji nadopunjuju 3sredu RNA molekule (matrica) i igra važnu ulogu u pokretanju sinteze.

Kada su gotovi dvolančani DNA molekule virusnog podrijetla ugrađeni u genomu eukariota, potiče uobičajeni mehanizam sinteze proteina viriona. Kao rezultat, stanica "zarobljena" virusom postaje tvornica za proizvodnju viriona, gdje se u velikim količinama formiraju molekule proteina i RNA.

Drugi način reverzne transkripcije se provodi na osnovi djelovanja RNA sintetaze. Ovaj protein je aktivan u paramiksovirusima, rabdovirusima, pikornovirusima. U ovom slučaju, ne postoji treći stupanj OT - stvaranja dvolančane DNA, a umjesto toga "+" RNA lanac se sintetizira na matrici virusnog ";" RNA lanca i obrnuto.

Ponavljanje takvih ciklusa dovodi i do replikacije genoma virusa, i do formiranja mRNA koja je sposobna za sintezu proteina u uvjetima zaražene eukariotske stanice.

Biološka vrijednost reverzne transkripcije

RT proces je od najveće važnosti u životnom ciklusu mnogih virusa (prvenstveno retrovirusa, kao što je HIV). RNA viriona koja napada stanicu eukariota postaje matrica za sintezu prvog lanca DNA, na kojem nije teško završiti drugi lanac.

Dobivena dvolančana DNA virusa umetnuta je u eukariotski genom, što dovodi do aktivacije procesa sinteze proteina viriona i pojavljivanja velikog broja njegovih kopija unutar zaražene stanice. Ovo je glavna misija revertaze i OT općenito za virus.

U eukariotima, reverzna transkripcija može se također pojaviti u kontekstu retrotranspozona - pokretnih genetičkih elemenata sposobnih samopromočiti s jednog mjesta genoma na drugi. Takvi elementi, kako znanstvenici vjeruju, postali su uzrok evolucije živih organizama.

Retrotransposon je područje eukariotske DNA koja kodira nekoliko proteina. Jedan od njih, revertaza, izravno sudjeluje u delokalizaciji ovog retrotransporesona.

Korištenje OT u znanosti

Od trenutka kada je moguće izolirati revertazu u čistom obliku, znanstvenici biologije usvojili su proces reverzne transkripcije. Proučavanje OT mehanizma i sada pomaže čitati sekvence najvažnijih ljudskih bjelančevina.

Činjenica je da genom eukariota, uključujući nas, sadrži neinformativne stranice nazvane introni. Kada se nukleotidna sekvenca očitava s takvom DNA i formirana je jednostruka RNA, potonji je lišen introna i kodira isključivo protein. Ako sintetizirate DNK uz pomoć revertaze na RNA predlošku, onda je lako slijediti i naučiti redoslijed nukleotida.

Nukleinska kiselina koja je nastala reverznom transkriptaza zove se cDNA. Često se koristi u reakciji lanca polimeraze (PCR) kako bi se umjetno povećalo broj kopija dobivene cDNA kopije. Ova metoda se koristi ne samo u znanosti već iu medicini: laboratorijski asistenti određuju sličnost takve DNA genomima različitih bakterija ili virusa iz zajedničke knjižnice. Sinteza vektora i njihovog uvođenja u bakterije jedno je od obećavajućih područja biologije. Ako se koristi RT za stvaranje ljudske DNA i drugih organizama bez introna, takve molekule lako se uvode u genom bakterija. Tako potonji postaju tvornice za proizvodnju tvari potrebnih za čovjeka (na primjer, enzime).