Какво е обратното на транскрипцията

Съвременните биологични удари с уникалността и мащаба на своите открития. Към днешна дата тази наука изследва повечето от процесите, които са скрити от нашите очи. Това е забележителна молекулярна биология - една от обещаващите области, която помага да се разкрият най-сложните тайни на живата материя.

Какво представлява обратната транскрипция?

Обратната транскрипция (съкратено OT) е специфичен процес, характерен за повечето вируси, съдържащи РНК. Основната му характеристика е синтеза на двойно-верижна ДНК молекула, базирана на матричната РНК.

СЗ не е характерно за бактериите или еукариотните организми. Основният ензим, ревертазата, играе ключова роля в синтезата на ДНК с двойна верига.

История на откритието

Идеята, че молекулата на рибонуклеиновата киселина може да се превърне в шаблон за ДНК синтез, се смяташе за абсурдна до 70-те години. Тогава Балтимор и Темис, които работят отделно един от друг, почти едновременно откриват нов ензим. Наричат ​​го RNA-зависима ДНК полимераза или обратна транскриптаза.

Откриването на този ензим безусловно потвърждава съществуването на организми, способни на обратна транскрипция. През 1975 г. и двамата учени получиха Нобелова награда. След известно време Енгелхард предлага алтернативно име за обратната транскриптаза - ревертаза.

Защо DO противоречи на централната догма на молекулярната биология

Централната догма е основната схема на последователен протеинов синтез във всяка жива клетка. Тази схема е изградена от три компонента: ДНК, РНК и протеини.

Според централната догма РНК може да се синтезира изключително върху ДНК матрицата и едва тогава РНК участва в изграждането на първичната структура на протеина.

Тази догма е официално възприета в научната общност, преди да е настъпило откриването на обратна транскрипция. Не е изненадващо, че идеята за обратния синтез на ДНК от РНК отдавна е била отхвърлена от учените. Едва през 1970 г., заедно с откриването на ревертазата, се поставя точка в тази материя, която се отразява в основната схема на протеиновия синтез.

Обръщане на птичи ретровируси

Процесът на обратна транскрипция не е без участието на РНК-зависима ДНК полимераза. Ревертазата на ретровируса от птици е проучена до максимум.

Общо около 40 молекула от този протеин могат да бъдат намерени в един вирион от тази фамилия вируси. Протеинът се състои от две субединици, които са в еднаква степен и изпълняват три основни функции на ревертазата:

1) Синтез на ДНК молекулата както на едноверижна / двойно-верижна РНК матрица, така и на базата на деоксирибонуклеинови киселини.

2) Активиране на RNase Н, чиято основна роля е разцепването на РНК молекулата в РНК-ДНК комплекса.

3) Разрушаване на ДНК молекули за включване в еукариотния геном.

Механизъм на ДТ

Степените на обратна транскрипция могат да варират в зависимост от семейството на вирусите, т.е. от вида на техните нуклеинови киселини.

Помислете първо за тези вируси, които използват ревертаза. Тук RT процесът е разделен на три етапа:

1) Синтез на ";" РНК веригата върху "+" матрицата на РНК веригата.

2) Разрушаване на "+" РНК верига в РНК-ДНК комплекс чрез RNase ензим Н.

3) Синтез на двойно-верижна ДНК молекула върху матрицата на ";" РНК веригата.

Този метод на мултиплициране на вирион е характерен за някои онкогенни вируси и вируса на човешката имунна недостатъчност (HIV).

Трябва да се отбележи, че за синтеза на всяка нуклеинова киселина върху РНК матрицата е необходимо семе или праймер. Примерът е кратка последователност от нуклеотиди, комплементарни на крайния край на РНК молекулата (матрицата) и играе важна роля при инициирането на синтезата.

Когато готов за употреба двойноверижни ДНК молекули от вирусен произход са интегрирани в генома на еукариоти, започва нормалната механизъм на синтез на вирионни протеини. В резултат на това клетката "уловена" от вируса става фабрика за производство на вириони, където е необходимо да се формират молекули на протеини и РНК в големи количества.

Друг начин на обратна транскрипция се извършва въз основа на действието на РНК синтетаза. Този протеин е активен в парамиксовируси, рабдовируси, пикорнируси. В този случай няма трети етап на ДТ - образуване на двойно-верижна ДНК, а вместо това се синтезира "+" РНК верига върху матрицата на вирусната ";" РНК верига и обратно.

Повтарянето на такива цикли води както до репликацията на вирусния геном, така и до образуването на тРНК, способна на протеинов синтез в условията на заразените еукариотни клетки.

Биологична стойност на обратната транскрипция

Процесът на РТ е от първостепенно значение в жизнения цикъл на много вируси (предимно ретровируси като ХИВ). РНК на вируса, атакуващ клетката на еукариотите, става матрица за синтеза на първата ДНК верига, върху която не е трудно да се завърши втората верига.

Получената двуверижна вирусна ДНК се вмъква в еукариотния геном, което води до активиране на процесите на протеинов синтез на вириона и появата на голям брой копия вътре в заразената клетка. Това е основната мисия на ревертазата и ОТ като цяло за вируса.

При еукариотите, обратната транскрипция може да се появи и в контекста на ретротранспозизоните - мобилни генетични елементи, способни да се транспортират от един геном на друг. Тези елементи, както смятат учените, са станали причина за еволюцията на живите организми.

Ретротранспозизонът е област на еукариотна ДНК, която кодира няколко протеина. Един от тях, ревертирайки, има пряка роля в делокализирането на този ретропранспоресон.

Използване на СВ в науката

От момента, в който е възможно да се изолира ревертазата в чиста форма, биолозите са приели процеса на обратна транскрипция. Проучването на механизма на ОП и сега помага да се прочетат последователностите на най-важните човешки протеини.

Фактът е, че геномът на еукариотите, включително и нас, съдържа неинформативни сайтове, наречени интрони. Когато нуклеотидната последователност се чете с такава ДНК и се образува едноверижна РНК, тя се лишава от интрони и кодира изключително протеина. Ако синтезирате ДНК с помощта на ревертаза на РНК шаблон, тогава е лесно да я изолирате и да научите реда на нуклеотидите.

Нуклеиновата киселина, която се образува от обратната транскриптаза, се нарича сДНК. Често се използва в полимеразна верижна реакция (PCR), за да се увеличи изкуствено броят копия на полученото копие на сДНК. Този метод се използва не само в науката, но и в медицината: лабораторните асистенти определят сходството на тази ДНК с генома на различни бактерии или вируси от общата библиотека. Синтезът на векторите и тяхното въвеждане в бактериите е една от обещаващите области на биологията. Ако се използва RT за образуване на човешка ДНК и други организми без интрони, такива молекули лесно се въвеждат в генома на бактериите. Така че последните стават фабрики за производство на вещества, необходими на човека (например ензими).