Ce este transcrierea inversă

Biologia moderna greveaza cu unicitatea si amploarea descoperirilor sale. Până în prezent, această știință studiază majoritatea proceselor care sunt ascunse de ochii noștri. Aceasta este o biologie moleculară remarcabilă - una dintre zonele promițătoare care ajută la descoperirea celor mai complexe secrete ale materiei vii.

Ce este transcripția inversă?

Transcrierea inversă (OT abreviată) este un proces specific caracteristic majorității virusurilor care conțin ARN. Caracteristica principală a acestuia este sinteza unei molecule de ADN dublu catenar bazată pe ARN matriceală.

OT nu este caracteristic bacteriilor sau organismelor eucariote. Enzima principală, revertaza, joacă un rol-cheie în sinteza ADN-ului dublu-catenar.

Istoria descoperirii

Ideea că o moleculă de acid ribonucleic ar putea deveni un șablon pentru sinteza ADN a fost considerată absurdă până în anii 1970. Apoi, Baltimore și Temin, care lucrau separat unele de altele, aproape simultan au deschis o nouă enzimă. L-au numit polimerază ADN dependentă de ARN sau revers transcriptază.

Descoperirea acestei enzime a confirmat necondiționat existența organismelor capabile de transcriere inversă. În 1975, ambii oameni de știință au primit Premiul Nobel. După ceva timp, Engelhardt a propus un nume alternativ pentru reverstranscriptază.

De ce contravine dogmei centrale a biologiei moleculare

Dogma centrală este schema de bază a sintezei proteinelor secvențiale în orice celulă vie. Această schemă este construită din trei componente: ADN, ARN și proteine.

Conform dogmei centrale, ARN-ul poate fi sintetizat exclusiv pe matricea ADN-ului, și numai atunci ARN-ul participă la construcția structurii primare a proteinei.

Această dogmă a fost adoptată în mod oficial în comunitatea științifică înainte ca descoperirea transcrierii inverse să aibă loc. Nu este surprinzator, ideea sintezei inverse a ADN-ului din ARN-ul a fost mult timp respinsa de oamenii de stiinta. Numai în 1970, odată cu descoperirea revertazei, sa pus un punct în această chestiune, care sa reflectat în schema de bază a sintezei proteinelor.

Inversarea retrovirusurilor aviare

Procesul de transcriere inversă nu este fără participarea ADN-polimerazei dependente de ARN. Revertaza retrovirusului păsărilor a fost studiată la maxim.

Un total de aproximativ 40 de molecule din această proteină pot fi găsite într-un virion din această familie de virusuri. Proteina este alcătuită din două subunități, care sunt în cantitate egală și efectuează trei funcții majore de revertază:

1) Sinteza moleculei de ADN atat pe matricea ARN monocatenara / dublu catenara si pe baza acizilor dezoxiribonucleici.

2) Activarea RNase H, al cărei rol principal este scindarea moleculei de ARN în complexul ARN-ADN.

3) Distrugerea moleculelor ADN pentru încorporarea în genomul eucariot.

Mecanismul OT

Etapele de transcriere inversă pot varia în funcție de familia de virusuri, adică de la tipul de acizi nucleici lor.

Luați în considerare mai întâi acele viruși care utilizează revertaza. Aici, procesul RT este împărțit în 3 etape:

1) Sinteza lanțului ARN ";" pe matricea "+" a lanțului ARN.

2) Distrugerea lanțului ARN "+" în complexul ARN-ADN de enzima RNază H.

3) Sinteza unei molecule de ADN dublu catenar pe matricea lanțului ARN ";".

Această metodă de multiplicare a virionului este caracteristică pentru anumiți viruși oncogeni și virusul imunodeficienței umane (HIV).

Trebuie remarcat faptul că pentru sinteza oricărui acid nucleic pe matricea ARN este necesară o sămânță sau un primer. Primerul este o secvență scurtă de nucleotide complementară celei de-a treia a moleculei ARN (matricea) și joacă un rol important în inițierea sintezei.

Când este gata de a utiliza molecule de ADN dublu catenar de origine virală sunt integrate în genomul eucariotelor, pornește mecanismul normal al sintezei proteinelor virion. Ca rezultat, celula "capturată" de virus devine o fabrică pentru producerea virionilor, unde se formează molecule de proteine ​​și ARN în cantități mari.

Un alt mod de transcriere inversă se realizează pe baza acțiunii sintetazei ARN. Această proteină este activă în paramyxovirusuri, rabdovirusuri, picornovirusuri. În acest caz, nu există nici o a treia etapă RT - formarea de ADN dublu catenar, dar în schimb pe matricea virală „-“ lanț ARN este sintetizat „+“ catena ARN și vice-versa.

Repetarea unor astfel de cicluri conduce atât replicarea genomului viral, și la formarea de ARNm capabile sinteza proteinelor în condiții ale celulei eucariote infectate.

Valoarea biologică a transcripției inverse

Procesul RT este de o importanță primordială în ciclul de viață al multor viruși (în principal retrovirusuri, cum ar fi HIV). ARN virion ataca celula eucariota, devine un model pentru sinteza primei catene de ADN, care nu este dificil de a termina, și un al doilea circuit.

Virusul rezultat dublu catenar ADN-ul este încorporat în genomul eucariotă care conduce la activarea sintezei proteinelor virionului și apariția unui număr mare de copii in interiorul celulelor infectate. Aceasta este misiunea principală a revertasei și OT în general pentru virus.

La eucariote, transcripția inversă poate apărea, de asemenea, în contextul retrotransposonilor - elemente genetice mobile capabile să se autoportueze de la un situs genom la altul. Astfel de elemente, după cum cred oamenii de știință, au devenit cauza evoluției organismelor vii.

Retratransposonul este o regiune a ADN-ului eucariot care codifică mai multe proteine. Unul dintre ei, revertase, are un rol direct în delocalizarea acestui retrotransporeson.

Utilizarea OT în știință

Din momentul în care a fost posibilă izolarea revertazei în forma ei pură, oamenii de știință din biologie au adoptat procesul de transcriere inversă. Studiul mecanismului OT și acum ajută la citirea secvențelor celor mai importante proteine ​​umane.

Faptul este că genomul eucariotelor, inclusiv noi, conține site-uri neinformative numite intronuri. Atunci când o astfel de secvență de nucleotide de ADN este citit și generat ARN simplu spiralat, acesta din urmă își pierde intronii și codifică exclusiv o proteină. Dacă sintetizați ADN-ul cu ajutorul unei revertaze pe un șablon de ARN, atunci este ușor să îl securizi și să înveți ordinea nucleotidelor.

Acidul nucleic care a fost format prin revers transcriptază se numește cADN. Acesta este adesea folosit în reacția în lanț a polimerazei (PCR) pentru a mări în mod artificial numărul de copii ale copiei cADN obținute. Această metodă este folosită nu numai în știință, ci și în medicină: asistenții de laborator determină asemănarea unui astfel de ADN cu genomul diverselor bacterii sau viruși din biblioteca comună. Sinteza vectorilor și introducerea lor în bacterii este una din zonele promițătoare ale biologiei. Dacă se utilizează RT pentru a forma ADN uman și alte organisme fără introni, astfel de molecule sunt ușor introduse în genomul bacteriilor. Astfel, acestea din urmă au devenit fabrici pentru producerea de substanțe necesare omului (de exemplu, enzime).