Biologia modernă uimește prin unicitatea și amploarea descoperirilor sale. Astăzi, această știință studiază majoritatea proceselor care sunt ascunse de ochii noștri. Acest lucru este remarcabil pentru biologia moleculară - una dintre domeniile promițătoare care ajută la dezvăluirea celor mai complexe mistere ale materiei vii.
Ce este transcrierea inversă
Transcripția inversă (RT pe scurt) este un proces specific caracteristic majorității virusurilor ARN. Caracteristica sa principală este sinteza unei molecule de ADN dublu catenar bazată pe ARN mesager.
OT nu este caracteristic bacteriilor sau organismelor eucariote. Principala enzimă, revertasea, joacă un rol cheie în sinteza ADN-ului dublu catenar.
Istoricul descoperirilor
Ideea că o moleculă de acid ribonucleic ar putea deveni un șablon pentru sinteza ADN-ului a fost considerată absurdă până în anii 1970. Apoi B altimore și Temin, lucrând separat unul de celăl alt, au descoperit aproape simultan o nouă enzimă. Au numit-o ADN polimerază dependentă de ARN sau transcriptază inversă.
Descoperirea acestei enzime a confirmat necondiționat existența organismelorcapabil de transcriere inversă. Ambii oameni de știință au primit Premiul Nobel în 1975. După ceva timp, Engelhardt a propus o denumire alternativă pentru revers transcriptază - revertase.
De ce OT contrazice dogma centrală a biologiei moleculare
Dogma centrală este conceptul de sinteza secvenţială a proteinelor în orice celulă vie. O astfel de schemă este construită din trei componente: ADN, ARN și proteine.
Conform dogmei centrale, ARN-ul poate fi sintetizat exclusiv pe șablonul ADN și numai atunci ARN-ul este implicat în construirea structurii primare a proteinei.
Această dogmă a fost acceptată oficial în comunitatea științifică înainte de descoperirea transcripției inverse. Nu este surprinzător, ideea sintezei inverse a ADN-ului din ARN a fost mult timp respinsă de oamenii de știință. Abia în 1970, odată cu descoperirea revertazei, s-a pus capăt acestei probleme, care s-a reflectat în conceptul de sinteză a proteinelor.
Revertaza retrovirusurilor aviare
Procesul de transcripție inversă nu este complet fără participarea ADN polimerazei dependente de ARN. Revertaza retrovirusului aviar a fost studiată în cea mai mare măsură până în prezent.
Doar aproximativ 40 de molecule din această proteină pot fi găsite într-un virion din această familie de viruși. Proteina este formată din două subunități care sunt în număr egal și îndeplinesc trei funcții importante de inversare:
1) Sinteza unei molecule de ADN atât pe un model de ARN monocatenar/dublu catenar, cât și pe baza acizilor dezoxiribonucleici.
2) Activarea RNazelor H, al cărei rol principal este de ascindarea moleculei de ARN din complexul ARN-ADN.
3) Distrugerea secțiunilor de molecule de ADN pentru inserarea în genomul eucariotic.
Mecanism OT
Pașii de transcriere inversă pot varia în funcție de familia de viruși, de ex. pe tipul acizilor lor nucleici.
Să luăm în considerare mai întâi acei viruși care folosesc reversetase. Aici procesul OT este împărțit în 3 pași:
1) Sinteza catenei de ARN „-” pe șablonul „+” al catenei de ARN.
2) Distrugerea catenei „+” de ARN din complexul ARN-ADN folosind enzima RNază H.
3) Sinteza unei molecule de ADN dublu catenar pe șablonul „-” al lanțului de ARN.
Această metodă de reproducere a virionului este tipică pentru unele virusuri oncogene și virusul imunodeficienței umane (HIV).
Este de remarcat faptul că pentru sinteza oricărui acid nucleic pe un șablon ARN, este nevoie de o sămânță sau un primer. Un primer este o secvență scurtă de nucleotide care este complementară capătului 3’ al unei molecule de ARN (șablon) și joacă un rol important în inițierea sintezei.
Când moleculele de ADN dublu catenar gata făcute de origine virală sunt integrate în genomul eucariotic, începe mecanismul obișnuit de sinteza a proteinei virion. Ca urmare, celula „capturată” de virus devine o fabrică de producție de virion, unde proteinele și moleculele de ARN necesare se formează în cantități mari.
Un alt mod de transcriere inversă se bazează pe acțiunea ARN sintetazei. Această proteină este activă în paramixovirusuri, rabdovirusuri, picornovirusuri. În acest caz, nu există a treia etapă a OT - formareaADN dublu catenar și, în schimb, un lanț de ARN „+” este sintetizat pe șablonul lanțului de ARN viral „-” și invers.
Repetarea unor astfel de cicluri duce atât la replicarea genomului virusului, cât și la formarea de ARNm capabil de sinteza proteinelor în condițiile unei celule eucariote infectate.
Semnificația biologică a transcripției inverse
Procesul OT este de o importanță capitală în ciclul de viață al multor viruși (în primul rând retrovirusuri precum HIV). ARN-ul unui virion care a atacat o celulă eucariotă devine un șablon pentru sinteza primei catene de ADN, pe care nu este dificil să se completeze a doua catenă.
ADN-ul dublu catenar obținut al virusului este integrat în genomul eucariot, ceea ce duce la activarea proceselor de sinteză a proteinei virionului și la apariția unui număr mare de copii ale acestuia în interiorul celulei infectate. Aceasta este misiunea principală a Revertase și OT în general pentru virus.
Transcripția inversă poate apărea și la eucariote în contextul retrotranspozonilor - elemente genetice mobile care se pot transporta independent de la o parte a genomului la alta. Astfel de elemente, conform oamenilor de știință, au cauzat evoluția organismelor vii.
Retrotransposonul este o întindere de ADN eucariotic care codifică mai multe proteine. Una dintre ele, revertaseza, este direct implicată în delocalizarea unei astfel de retrotransporozone.
Utilizarea OT în știință
Din momentul în care revertaseza a fost izolată în formă pură, procesul de reverstranscripție a fost adoptat de biologi. Studiul mecanismului OT ajută în continuare la citirea secvențelor celor mai importante proteine umane.
Adevărul este că genomul eucariotelor, inclusiv al nostru, conține regiuni non-informative numite introni. Când o secvență de nucleotide este citită dintr-un astfel de ADN și se formează un ARN monocatenar, acesta din urmă pierde introni și codifică exclusiv proteine. Dacă ADN-ul este sintetizat folosind revertasea pe un șablon de ARN, atunci este ușor să-l secvențăm și să aflați ordinea nucleotidelor.
Acidul nucleic care a fost format de transcriptază inversă se numește ADNc. Este adesea folosit în reacția în lanț a polimerazei (PCR) pentru a crește artificial numărul de copii ale copiei ADNc rezultate. Această metodă este folosită nu numai în știință, ci și în medicină: asistenții de laborator determină asemănarea unui astfel de ADN cu genomul diferitelor bacterii sau viruși dintr-o bibliotecă comună. Sinteza vectorilor și introducerea lor în bacterii este una dintre domeniile promițătoare ale biologiei. Dacă RT este folosită pentru a forma ADN-ul oamenilor și al altor organisme fără introni, astfel de molecule pot fi introduse cu ușurință în genomul bacterian. Deci, acestea din urmă devin fabrici pentru producția de substanțe necesare unei persoane (de exemplu, enzime).
