Moderne biologie verstom met die uniekheid en omvang van sy ontdekkings. Vandag bestudeer hierdie wetenskap meeste van die prosesse wat vir ons oë verborge is. Dit is merkwaardig vir molekulêre biologie - een van die belowende gebiede wat help om die mees komplekse raaisels van lewende materie te ontrafel.
Wat is omgekeerde transkripsie
Omgekeerde transkripsie (RT vir kort) is 'n spesifieke proses wat kenmerkend is van die meeste RNA-virusse. Die hoofkenmerk daarvan is die sintese van 'n dubbelstring-DNS-molekule gebaseer op boodskapper-RNA.
OT is nie kenmerkend van bakterieë of eukariotiese organismes nie. Die hoofensiem, reversetase, speel 'n sleutelrol in die sintese van dubbelstring-DNS.
Ontdekkinggeskiedenis
Die idee dat 'n ribonukleïensuurmolekule 'n sjabloon vir DNA-sintese kan word, is tot in die 1970's as absurd beskou. Toe het B altimore en Temin, wat apart van mekaar gewerk het, amper gelyktydig 'n nuwe ensiem ontdek. Hulle het dit RNA-afhanklike-DNA-polimerase, of omgekeerde transkriptase, genoem.
Die ontdekking van hierdie ensiem het die bestaan van organismes onvoorwaardelik bevestigin staat tot omgekeerde transkripsie. Albei wetenskaplikes het die Nobelprys in 1975 ontvang. Na 'n geruime tyd het Engelhardt 'n alternatiewe naam vir omgekeerde transkripsie voorgestel - revertase.
Waarom OT die sentrale dogma van molekulêre biologie weerspreek
Die sentrale dogma is die konsep van opeenvolgende proteïensintese in enige lewende sel. So 'n skema word uit drie komponente gebou: DNA, RNA en proteïen.
Volgens die sentrale dogma kan RNA uitsluitlik op die DNA-sjabloon gesintetiseer word, en eers dan is RNA betrokke by die bou van die primêre struktuur van die proteïen.
Hierdie dogma is amptelik in die wetenskaplike gemeenskap aanvaar voor die ontdekking van omgekeerde transkripsie. Nie verrassend nie, die idee van omgekeerde sintese van DNA uit RNA is lank reeds deur wetenskaplikes verwerp. Eers in 1970, saam met die ontdekking van reversetase, was 'n einde aan hierdie kwessie, wat weerspieël is in die konsep van proteïensintese.
Revertase van voëlretrovirusse
Die proses van omgekeerde transkripsie is nie voltooi sonder die deelname van RNA-afhanklike-DNA-polimerase nie. Revertase van die voëlretrovirus is tot op datum tot die maksimum mate bestudeer.
Slegs ongeveer 40 molekules van hierdie proteïen kan in een virion van hierdie familie van virusse gevind word. Die proteïen bestaan uit twee subeenhede wat in gelyke getalle is en drie belangrike funksies van reversease verrig:
1) Sintese van 'n DNA-molekule beide op 'n enkel-/dubbelstring-RNA-sjabloon en op die basis van deoksiribonukleïensure.
2) RNase H-aktivering, waarvan die hoofrol is omsplitsing van die RNA-molekule in die RNA-DNA-kompleks.
3) Vernietiging van dele van DNA-molekules vir invoeging in die eukariotiese genoom.
Mechanism OT
Die omgekeerde transkripsie-stappe kan verskil na gelang van die familie van virusse, d.w.s. op die tipe van hul nukleïensure.
Kom ons kyk eers na daardie virusse wat reversetase gebruik. Hier word die OT-proses in 3 stappe verdeel:
1) Sintese van die “-” RNA-string op die sjabloon “+” van die RNA-string.
2) Vernietiging van die "+"-string van RNA in die RNA-DNA-kompleks deur die ensiem RNase H te gebruik.
3) Sintese van 'n dubbelstring DNA-molekule op die sjabloon "-" van die RNA-ketting.
Hierdie metode van virionreproduksie is tipies vir sommige onkogene virusse en die menslike immuniteitsgebrekvirus (MIV).
Dit is opmerklik dat vir die sintese van enige nukleïensuur op 'n RNA-sjabloon, 'n saad of primer nodig is. 'n Primer is 'n kort reeks nukleotiede wat komplementêr is tot die 3'-punt van 'n RNA-molekule (sjabloon) en speel 'n belangrike rol in die inisieer van sintese.
Wanneer klaargemaakte dubbelstring-DNS-molekules van virale oorsprong in die eukariotiese genoom geïntegreer word, begin die gewone meganisme van virionproteïensintese. Gevolglik word die sel wat deur die virus “gevang” word 'n virionproduksiefabriek, waar die nodige proteïen- en RNA-molekules in groot hoeveelhede gevorm word.
'n Ander manier van omgekeerde transkripsie is gebaseer op die werking van RNA-sintetase. Hierdie proteïen is aktief in paramyxovirusse, rhabdovirusse, picornovirusse. In hierdie geval is daar geen derde stadium van OT nie - die vormingdubbelstring-DNS, en in plaas daarvan word 'n "+" RNA-ketting gesintetiseer op die sjabloon van die virale "-" RNA-ketting en omgekeerd.
Die herhaling van sulke siklusse lei beide tot die replikasie van die virusgenoom en tot die vorming van mRNA wat in staat is tot proteïensintese onder die toestande van 'n geïnfekteerde eukariotiese sel.
Biologiese betekenis van omgekeerde transkripsie
Die OT-proses is van kardinale belang in die lewensiklus van baie virusse (hoofsaaklik retrovirusse soos MIV). Die RNA van 'n virion wat 'n eukariotiese sel aangeval het, word 'n templaat vir die sintese van die eerste DNS-string, waarop dit nie moeilik is om die tweede string te voltooi nie.
Die verkrygde dubbelstring-DNS van die virus is geïntegreer in die eukariotiese genoom, wat lei tot die aktivering van die prosesse van virionproteïensintese en die verskyning van 'n groot aantal van sy kopieë binne die besmette sel. Dit is die hoofmissie van Revertase en OT in die algemeen vir die virus.
Omgekeerde transkripsie kan ook in eukariote voorkom in die konteks van retrotransposons - mobiele genetiese elemente wat onafhanklik van een deel van die genoom na 'n ander kan vervoer. Sulke elemente, volgens wetenskaplikes, het die evolusie van lewende organismes veroorsaak.
Retrotransposon is 'n stuk eukariotiese DNA wat vir verskeie proteïene kodeer. Een van hulle, reversetase, is direk betrokke by die delokalisering van sulke retrotransporosoon.
Gebruik van OT in wetenskap
Sedert die oomblik toe reversetase in sy suiwer vorm geïsoleer is, is die proses van omgekeerde transkripsie deur bioloë aangeneem. Die studie van die OT-meganisme help steeds om die volgordes van die belangrikste menslike proteïene te lees.
Die feit is dat die genoom van eukariote, insluitend ons, nie-insiggewende streke bevat wat introne genoem word. Wanneer 'n nukleotiedvolgorde van so DNA gelees word en 'n enkelstrengs RNA word gevorm, verloor laasgenoemde introne en kodeer uitsluitlik vir proteïen. As DNA gesintetiseer word deur gebruik te maak van reversetase op 'n RNA-sjabloon, dan is dit maklik om dit te volgorde en die volgorde van nukleotiede uit te vind.
Nukleinsuur wat deur tru-transkripsie gevorm is, word cDNA genoem. Dit word dikwels in die polimerase kettingreaksie (PCR) gebruik om die kopiegetal van die resulterende cDNA-kopie kunsmatig te verhoog. Hierdie metode word nie net in die wetenskap gebruik nie, maar ook in die medisyne: laboratoriumassistente bepaal die ooreenkoms van sulke DNA met die genome van verskeie bakterieë of virusse uit 'n gemeenskaplike biblioteek. Die sintese van vektore en hul bekendstelling in bakterieë is een van die belowende areas van biologie. As RT gebruik word om die DNA van mense en ander organismes sonder introne te vorm, kan sulke molekules maklik in die bakteriese genoom ingebring word. Laasgenoemde word dus fabrieke vir die vervaardiging van stowwe wat nodig is vir 'n persoon (byvoorbeeld ensieme).
