Kaj je transkripcija obratno

Sodobna biologija udari z edinstvenostjo in obsegom njegovih odkritij. Do danes ta znanost preučuje večino postopkov, ki so skriti pred našimi očmi. To je izjemna molekularna biologija - eno od obetavnih področij, ki pomaga razkriti najbolj zapletene skrivnosti živih snovi.

Kaj je povratna transkripcija?

Povratna transkripcija (skrajšani OT) je specifična procesna značilnost za večino virusov, ki vsebujejo RNK. Njena glavna značilnost je sinteza molekule dvojne verižne DNA na osnovi matrike RNA.

OT ni značilen za bakterije ali evkariontske organizme. Glavni encim, revertaza, igra ključno vlogo pri sintezi dvovalentne DNK.

Zgodovina odkritja

Zamisel, da bi molekula ribonukleinske kisline lahko postala vzorčna sinteza DNA, je bila nesmiselna do sedemdesetih let. Potem sta Baltimore in Temin, ki delata ločeno drug od drugega, skoraj istočasno odprla nov encim. Imenovali so jo RNA-odvisna-DNA-polimeraza ali reverzna transkriptaza.

Odkritje tega encima je brezpogojno potrdilo obstoj organizmov, ki so sposobni reverzne transkripcije. Leta 1975 sta oba znanstvenika prejela Nobelovo nagrado. Po nekaj časa je Engelhardt predlagal alternativno ime za reverzno transkriptazo - revertazo.

Zakaj je DO v nasprotju z osrednjo dogmo molekularne biologije

Srednja dogma je osnovna shema sekvenčne sinteze beljakovin v kateri koli živi celici. Ta shema je sestavljena iz treh komponent: DNA, RNA in beljakovin.

Glede na osrednjo dogmo lahko RNA sintetiziramo izključno na matriki DNK in šele nato RNA sodeluje pri konstrukciji primarne strukture proteina.

Ta dogma je bila formalno sprejeta v znanstveni skupnosti pred odkritjem reverzne transkripcije. Ni presenetljivo, da so znanstveniki že dolgo zavrnili zamisel o reverzni sintezi DNA iz RNK. Le v letu 1970, skupaj z odkritjem revertaze, je bila v to zadevo postavljena točka, kar se je odražalo v osnovni shemi sinteze beljakovin.

Preusmeritev ptičjih retrovirusov

Postopek reverzne transkripcije ni brez sodelovanja RNA-odvisne-DNA polimeraze. Preusmeritev retrovirusa ptic je bila preučevana do maksimuma.

Skupaj približno 40 molekul tega proteina lahko najdemo v en virion te družine virusov. Protein je sestavljen iz dveh podenot, ki sta v enaki količini in opravita tri glavne funkcije revertaze:

1) Sinteza molekule DNK tako na enojni verižni / dvojno verižni RNA matriki in na osnovi dezoksiribonukleinskih kislin.

2) Aktiviranje RNase H, katere glavna vloga je cepitev molekule RNK v kompleksu RNA-DNA.

3) Uničenje molekul DNA za vključitev v evkariotski genom.

Mehanizem OT

Stopnje reverzne transkripcije se lahko razlikujejo glede na družino virusov, npr. od vrste nukleinskih kislin.

Najprej upoštevajte tiste viruse, ki uporabljajo revertazo. Tukaj je proces RT razdeljen na tri stopnje:

1) Sinteza verige ";" RNA na matriki "+" v verigi RNA.

2) Uničenje verige "+" RNA v kompleksu RNA-DNA z encimom RNase H.

3) Sinteza molekule dvojne verižne DNA na matriki ";" RNA verige.

Ta metoda množenja virionov je značilna za nekatere onkogene viruse in virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV).

Opozoriti je treba, da je za sintezo katere koli nukleinske kisline na matriki RNK potrebno seme ali prašek. Primer je kratka sekvenca nukleotidov, ki dopolnjujejo 3-kratno konec molekule RNK (matrika) in igra pomembno vlogo pri sprožitvi sinteze.

Ko so pripravljeni dvojno verižne DNA molekule virusnega izvora vgrajeni v genom eukarionov, se sproži običajen mehanizem sinteze proteinov viriona. Kot rezultat, celica, ki jo virus zajame, postane tovarna za proizvodnjo virionov, kjer so potrebne molekule proteinov in RNA v velikih količinah.

Drug način reverzne transkripcije izvajamo na podlagi delovanja sintetaze RNA. Ta protein je aktiven pri paramiksovirusih, rhabdovirusih, picornovirusih. V tem primeru ni nobene tretje stopnje OT - tvorbe dvojno verižne DNK in namesto tega se na matriki virusne ";" RNA verige sinteza sinteza "+" RNA in obratno.

Ponavljanje takšnih ciklov vodi tako na replikacijo genoma virusa kot tudi na nastanek mRNK, ki je sposobna sinteze beljakovin v pogojih okužene eukariotske celice.

Biološka vrednost reverzne transkripcije

RT proces je izredno pomemben v življenjskem ciklu številnih virusov (predvsem retrovirusov, kot je HIV). RNA virionov, ki napadajo celico evkariontov, postane matrika za sintezo prve DNA verige, na kateri ni težko dokončati druge verige.

Nastala dvojno verižna virusna DNA je vstavljena v evkariotski genom, kar vodi k aktiviranju procesov sinteze proteinov viriona in pojavu velikega števila njegovih kopij znotraj okužene celice. To je glavna naloga reverzaze in OT na splošno za virus.

V evkariontih se lahko v kontekstu retrotransposonov pojavijo tudi povratne transkripcije - mobilni genetski elementi, ki se lahko sami prevažajo iz ene genomske lokacije v drugo. Taki elementi, kot verjamejo znanstveniki, so postali vzrok evolucije živih organizmov.

Retrotransposon je regija evkariotske DNK, ki kodira več proteinov. Ena izmed njih, revertaza, neposredno sodeluje pri delokalizaciji tega retrotranspresona.

Uporaba OT v znanosti

Od trenutka, ko je bilo mogoče izolirati revertazo v svoji čisti obliki, so znanstveniki biologije sprejeli proces reverzne transkripcije. Študija mehanizma OT in zdaj pomaga branje zaporedij najpomembnejših človeških proteinov.

Dejstvo je, da genom eukarionov, vključno z nami, vsebuje neinformativne strani, imenovane introni. Ko je nukleotidna sekvenca odčitana s takšno DNK in tvorjena enonivojska RNA, je slednja prikrajšana za introni in kodira izključno protein. Če sintezo DNA s pomočjo revertaze na obrazcu RNA, potem je enostavno zajeziti in se naučiti reda nukleotidov.

Nukleinsko kislino, ki je nastala z reverzno transkriptazo, se imenuje cDNA. Pogosto se uporablja v polimerazni verižni reakciji (PCR), da umetno poveča število kopij dobljene kopije cDNK. Ta metoda se uporablja ne samo v znanosti, temveč tudi v medicini: laboratorijski pomočniki določajo podobnost takšne DNA z genomi različnih bakterij ali virusov iz običajne knjižnice. Sinteza vektorjev in njihov vnos v bakterije je eno od obetavnih področij biologije. Če uporabljamo RT za oblikovanje človeške DNK in drugih organizmov brez intronov, se takšne molekule zlahka uvajajo v genom bakterij. Torej slednje postanejo tovarne za proizvodnjo snovi, ki so potrebne za človeka (na primer, encimi).