Biologi moden memukau dengan keunikan dan skala penemuannya. Hari ini, sains ini mengkaji kebanyakan proses yang tersembunyi dari mata kita. Ini luar biasa untuk biologi molekul - salah satu bidang yang menjanjikan yang membantu merungkai misteri jirim hidupan yang paling kompleks.
Apakah itu transkripsi terbalik
Transkripsi terbalik (pendek kata RT) ialah ciri proses khusus bagi kebanyakan virus RNA. Ciri utamanya ialah sintesis molekul DNA rantai dua berdasarkan RNA penghantar.
OT bukan ciri bakteria atau organisma eukariotik. Enzim utama, reversetase, memainkan peranan penting dalam sintesis DNA rantai dua.
Sejarah penemuan
Idea bahawa molekul asid ribonukleik boleh menjadi templat untuk sintesis DNA dianggap tidak masuk akal sehingga tahun 1970-an. Kemudian B altimore dan Temin, bekerja secara berasingan antara satu sama lain, hampir serentak menemui enzim baharu. Mereka memanggilnya polimerase DNA bergantung kepada RNA, atau transkripase terbalik.
Penemuan enzim ini tanpa syarat mengesahkan kewujudan organismamampu melakukan transkripsi terbalik. Kedua-dua saintis menerima Hadiah Nobel pada tahun 1975. Selepas beberapa lama, Engelhardt mencadangkan nama alternatif untuk reverse transcriptase - revertase.
Mengapa OT bercanggah dengan dogma utama biologi molekul
Dogma Pusat ialah konsep sintesis protein berjujukan dalam mana-mana sel hidup. Skim sedemikian dibina daripada tiga komponen: DNA, RNA dan protein.
Menurut dogma pusat, RNA boleh disintesis secara eksklusif pada templat DNA, dan hanya kemudian RNA terlibat dalam membina struktur utama protein.
Dogma ini diterima secara rasmi dalam komuniti saintifik sebelum penemuan transkripsi terbalik. Tidak menghairankan, idea sintesis terbalik DNA daripada RNA telah lama ditolak oleh saintis. Hanya pada tahun 1970, bersama-sama dengan penemuan reversetase, telah menamatkan isu ini, yang dicerminkan dalam konsep sintesis protein.
Pembalikan retrovirus burung
Proses transkripsi terbalik tidak lengkap tanpa penyertaan polimerase DNA yang bergantung kepada RNA. Pembalikan retrovirus burung telah dikaji ke tahap maksimum sehingga kini.
Hanya kira-kira 40 molekul protein ini boleh didapati dalam satu virion keluarga virus ini. Protein terdiri daripada dua subunit yang mempunyai bilangan yang sama dan melaksanakan tiga fungsi penting songsang:
1) Sintesis molekul DNA kedua-duanya pada templat RNA untai tunggal/double dan berdasarkan asid deoksiribonukleik.
2) Pengaktifan RNase H, peranan utamanya adalah untukbelahan molekul RNA dalam kompleks RNA-DNA.
3) Pemusnahan bahagian molekul DNA untuk dimasukkan ke dalam genom eukariotik.
Mekanisme OT
Langkah transkripsi terbalik mungkin berbeza-beza bergantung pada keluarga virus, i.e. pada jenis asid nukleiknya.
Mari kita pertimbangkan dahulu virus yang menggunakan reversetase. Di sini proses OT dibahagikan kepada 3 langkah:
1) Sintesis helai RNA “-” pada templat “+” helai RNA.
2) Pemusnahan untaian "+" RNA dalam kompleks RNA-DNA menggunakan enzim RNase H.
3) Sintesis molekul DNA rantai dua pada templat "-" rantai RNA.
Kaedah pembiakan virion ini adalah tipikal untuk sesetengah virus onkogenik dan virus kekurangan imun manusia (HIV).
Perlu diperhatikan bahawa untuk sintesis mana-mana asid nukleik pada templat RNA, benih atau primer diperlukan. Primer ialah urutan pendek nukleotida yang melengkapi hujung 3' molekul RNA (templat) dan memainkan peranan penting dalam memulakan sintesis.
Apabila molekul DNA untai dua siap asal virus disepadukan ke dalam genom eukariotik, mekanisme biasa sintesis protein virion bermula. Akibatnya, sel "ditawan" oleh virus menjadi kilang pengeluaran virion, di mana molekul protein dan RNA yang diperlukan terbentuk dalam kuantiti yang banyak.
Cara lain transkripsi terbalik adalah berdasarkan tindakan RNA synthetase. Protein ini aktif dalam paramyxovirus, rhabdovirus, picornovirus. Dalam kes ini, tidak ada peringkat ketiga OT - pembentukanDNA rantai dua, dan sebaliknya, rantai RNA “+” disintesis pada templat rantai RNA “-” virus dan begitu juga sebaliknya.
Pengulangan kitaran sedemikian membawa kepada replikasi genom virus dan kepada pembentukan mRNA yang mampu sintesis protein di bawah keadaan sel eukariotik yang dijangkiti.
Kepentingan biologi transkripsi terbalik
Proses OT adalah amat penting dalam kitaran hayat banyak virus (terutamanya retrovirus seperti HIV). RNA virion yang menyerang sel eukariotik menjadi templat untuk sintesis untaian DNA pertama, di mana tidak sukar untuk melengkapkan untaian kedua.
DNA untai dua virus yang diperolehi disepadukan ke dalam genom eukariotik, yang membawa kepada pengaktifan proses sintesis protein virion dan penampilan sejumlah besar salinannya di dalam sel yang dijangkiti. Ini ialah misi utama Revertase dan OT secara umum untuk virus.
Transkripsi terbalik juga boleh berlaku dalam eukariota dalam konteks retrotransposon - unsur genetik mudah alih yang boleh mengangkut secara bebas dari satu bahagian genom ke bahagian lain. Unsur sedemikian, menurut saintis, menyebabkan evolusi organisma hidup.
Retrotransposon ialah regangan DNA eukariotik yang mengekod beberapa protein. Salah satu daripadanya, reversetase, terlibat secara langsung dalam penyahtempatan zon retrotransporo tersebut.
Penggunaan OT dalam sains
Sejak saat reversetase diasingkan dalam bentuk tulennya, proses transkripsi songsang telah diterima pakai oleh ahli biologi. Kajian tentang mekanisme OT masih membantu membaca urutan protein manusia yang paling penting.
Faktanya ialah genom eukariota, termasuk kita, mengandungi kawasan tidak bermaklumat yang dipanggil intron. Apabila jujukan nukleotida dibaca daripada DNA tersebut dan RNA untai tunggal terbentuk, yang terakhir kehilangan intron dan kod secara eksklusif untuk protein. Jika DNA disintesis menggunakan reversetase pada templat RNA, maka mudah untuk menyusunnya dan mengetahui susunan nukleotida.
Asid nukleik yang telah dibentuk oleh reverse transcriptase dipanggil cDNA. Ia sering digunakan dalam tindak balas rantai polimerase (PCR) untuk meningkatkan secara buatan nombor salinan salinan cDNA yang terhasil. Kaedah ini digunakan bukan sahaja dalam sains, tetapi juga dalam perubatan: pembantu makmal menentukan persamaan DNA tersebut dengan genom pelbagai bakteria atau virus dari perpustakaan biasa. Sintesis vektor dan pengenalannya ke dalam bakteria adalah salah satu bidang biologi yang menjanjikan. Jika RT digunakan untuk membentuk DNA manusia dan organisma lain tanpa intron, molekul tersebut boleh dengan mudah dimasukkan ke dalam genom bakteria. Jadi yang terakhir menjadi kilang untuk pengeluaran bahan yang diperlukan untuk seseorang (contohnya, enzim).
