Moderne biologi overrasker med det unike og omfanget av oppdagelsene. I dag studerer denne vitenskapen de fleste prosessene som er skjult for øynene våre. Dette er bemerkelsesverdig for molekylærbiologi - et av de lovende områdene som bidrar til å avdekke de mest komplekse mysteriene til levende materie.
Hva er omvendt transkripsjon
Revers transkripsjon (RT for kort) er en spesifikk prosess som er karakteristisk for de fleste RNA-virus. Hovedtrekket er syntesen av et dobbelttrådet DNA-molekyl basert på messenger-RNA.
OT er ikke karakteristisk for bakterier eller eukaryote organismer. Hovedenzymet, reversetase, spiller en nøkkelrolle i syntesen av dobbelttrådet DNA.
Oppdagelseshistorikk
Ideen om at et ribonukleinsyremolekyl kunne bli en mal for DNA-syntese ble ansett som absurd frem til 1970-tallet. Så oppdaget B altimore og Temin, som jobbet adskilt fra hverandre, nesten samtidig et nytt enzym. De k alte det RNA-avhengig DNA-polymerase, eller revers transkriptase.
Oppdagelsen av dette enzymet bekreftet ubetinget eksistensen av organismeri stand til omvendt transkripsjon. Begge forskerne mottok Nobelprisen i 1975. Etter en tid foreslo Engelhardt et alternativt navn for revers transkriptase - revertase.
Hvorfor OT motsier det sentrale dogmet innen molekylærbiologi
The Central Dogma er konseptet med sekvensiell proteinsyntese i enhver levende celle. Et slikt opplegg er bygget opp av tre komponenter: DNA, RNA og protein.
I følge det sentrale dogmet kan RNA syntetiseres utelukkende på DNA-malen, og først da er RNA involvert i å bygge proteinets primære struktur.
Dette dogmet ble offisielt akseptert i det vitenskapelige miljøet før oppdagelsen av omvendt transkripsjon. Ikke overraskende har ideen om omvendt syntese av DNA fra RNA lenge blitt avvist av forskere. Først i 1970, sammen med oppdagelsen av reversetase, ble det slutt på dette problemet, noe som ble reflektert i konseptet med proteinsyntese.
Revertase of aviaire retrovirus
Prosessen med revers transkripsjon er ikke komplett uten deltakelse av RNA-avhengig-DNA-polymerase. Revertase av fugleretroviruset har blitt studert i størst mulig grad til dags dato.
Bare rundt 40 molekyler av dette proteinet kan finnes i ett virion av denne familien av virus. Proteinet består av to underenheter som er i like antall og utfører tre viktige funksjoner for reversease:
1) Syntese av et DNA-molekyl både på en enkelttrådet/dobbelttrådet RNA-template og på basis av deoksyribonukleinsyrer.
2) RNase H-aktivering, hvis hovedrolle er åsp altning av RNA-molekylet i RNA-DNA-komplekset.
3) Ødeleggelse av deler av DNA-molekyler for innsetting i det eukaryote genomet.
Mekanisme OT
Trinnene for omvendt transkripsjon kan variere avhengig av virusfamilien, dvs. på typen av deres nukleinsyrer.
La oss først vurdere de virusene som bruker reversetase. Her er OT-prosessen delt inn i 3 trinn:
1) Syntese av "-" RNA-strengen på malen "+" til RNA-strengen.
2) Ødeleggelse av "+"-strengen av RNA i RNA-DNA-komplekset ved bruk av enzymet RNase H.
3) Syntese av et dobbelttrådet DNA-molekyl på malen "-" til RNA-kjeden.
Denne metoden for virionreproduksjon er typisk for enkelte onkogene virus og humant immunsviktvirus (HIV).
Det er verdt å merke seg at for syntesen av en hvilken som helst nukleinsyre på en RNA-template, er det nødvendig med et frø eller en primer. En primer er en kort sekvens av nukleotider som er komplementær til 3'-enden av et RNA-molekyl (mal) og spiller en viktig rolle i å initiere syntese.
Når ferdiglagde dobbelttrådete DNA-molekyler av viral opprinnelse integreres i det eukaryote genomet, starter den vanlige mekanismen for virionproteinsyntese. Som et resultat blir cellen "fanget" av viruset en virionproduksjonsfabrikk, hvor de nødvendige protein- og RNA-molekylene dannes i store mengder.
En annen måte for revers transkripsjon er basert på virkningen av RNA-syntetase. Dette proteinet er aktivt i paramyxovirus, rhabdovirus, picornovirus. I dette tilfellet er det ingen tredje fase av OT - dannelsendobbelttrådet DNA, og i stedet syntetiseres en "+" RNA-kjede på malen til den virale "-" RNA-kjeden og omvendt.
Gjentakelsen av slike sykluser fører både til replikering av virusgenomet og til dannelse av mRNA som er i stand til proteinsyntese under forholdene til en infisert eukaryot celle.
Biologisk betydning av omvendt transkripsjon
OT-prosessen er av største betydning i livssyklusen til mange virus (primært retrovirus som HIV). RNA-et til et virion som angrep en eukaryot celle blir en mal for syntesen av den første DNA-strengen, som det ikke er vanskelig å fullføre den andre strengen på.
Det oppnådde dobbelttrådete DNA-et til viruset er integrert i det eukaryote genomet, noe som fører til aktivering av prosessene for virionproteinsyntese og tilsynekomsten av et stort antall av dets kopier inne i den infiserte cellen. Dette er hovedoppdraget til Revertase og OT generelt for viruset.
Revers transkripsjon kan også forekomme i eukaryoter i sammenheng med retrotransposoner - mobile genetiske elementer som uavhengig kan transportere fra en del av genomet til en annen. Slike elementer, ifølge forskere, forårsaket utviklingen av levende organismer.
Retrotransposon er en strekning av eukaryotisk DNA som koder for flere proteiner. En av dem, reversetase, er direkte involvert i delokaliseringen av slik retrotransporozon.
Bruk av OT i vitenskap
Siden øyeblikket da reversetase ble isolert i sin rene form, ble prosessen med omvendt transkripsjon tatt i bruk av biologer. Studiet av OT-mekanismen hjelper fortsatt med å lese sekvensene til de viktigste menneskelige proteinene.
Faktum er at genomet til eukaryoter, inkludert oss, inneholder ikke-informative regioner k alt introner. Når en nukleotidsekvens leses fra slikt DNA og det dannes et enkelttrådet RNA, mister sistnevnte introner og koder utelukkende for protein. Hvis DNA syntetiseres ved hjelp av reversetase på en RNA-mal, er det enkelt å sekvensere det og finne ut rekkefølgen på nukleotidene.
Nukleinsyre som er dannet av revers transkriptase kalles cDNA. Det brukes ofte i polymerasekjedereaksjonen (PCR) for å kunstig øke kopitallet til den resulterende cDNA-kopi. Denne metoden brukes ikke bare i vitenskapen, men også i medisin: laboratorieassistenter bestemmer likheten til slikt DNA med genomene til forskjellige bakterier eller virus fra et felles bibliotek. Syntese av vektorer og deres introduksjon i bakterier er et av de lovende områdene innen biologi. Hvis RT brukes til å danne DNA til mennesker og andre organismer uten introner, kan slike molekyler lett introduseres i bakteriegenomet. Så sistnevnte blir fabrikker for produksjon av stoffer som er nødvendige for en person (for eksempel enzymer).
