Savremena biologija zadivljuje jedinstvenošću i razmjerom svojih otkrića. Danas ova nauka proučava većinu procesa koji su skriveni od naših očiju. Ovo je izvanredno za molekularnu biologiju - jedno od obećavajućih oblasti koje pomaže da se razotkriju najsloženije misterije žive materije.
Šta je reverzna transkripcija
Reverzna transkripcija (skraćeno RT) je specifičan proces karakterističan za većinu RNA virusa. Njegova glavna karakteristika je sinteza dvolančane DNK molekule zasnovane na RNK glasniku.
OT nije karakterističan za bakterije ili eukariotske organizme. Glavni enzim, reverzetaza, igra ključnu ulogu u sintezi dvolančane DNK.
Historija otkrića
Ideja da bi molekul ribonukleinske kiseline mogao postati šablon za sintezu DNK smatrana je apsurdnom sve do 1970-ih. Tada su B altimore i Temin, radeći odvojeno jedan od drugog, gotovo istovremeno otkrili novi enzim. Nazvali su je RNA-zavisna-DNK polimeraza, ili reverzna transkriptaza.
Otkriće ovog enzima je bezuslovno potvrdilo postojanje organizamasposoban za obrnutu transkripciju. Oba naučnika su 1975. godine dobila Nobelovu nagradu. Nakon nekog vremena, Engelhardt je predložio alternativni naziv za reverznu transkriptazu - revertazu.
Zašto OT protivreči centralnoj dogmi molekularne biologije
Centralna dogma je koncept sekvencijalne sinteze proteina u bilo kojoj živoj ćeliji. Takva šema je izgrađena od tri komponente: DNK, RNK i proteina.
Prema centralnoj dogmi, RNK se može sintetizirati isključivo na DNK šablonu, a tek tada je RNK uključena u izgradnju primarne strukture proteina.
Ova dogma je službeno prihvaćena u naučnoj zajednici prije otkrića reverzne transkripcije. Nije iznenađujuće da su naučnici dugo odbacivali ideju o obrnutoj sintezi DNK iz RNK. Tek 1970. godine, zajedno sa otkrićem reverznetaze, okončan je ovaj problem, što se odrazilo na koncept sinteze proteina.
Povratak ptičjih retrovirusa
Proces reverzne transkripcije nije potpun bez sudjelovanja RNA-zavisne DNK polimeraze. Revertaza ptičjeg retrovirusa je do sada proučavana u maksimalnoj mjeri.
Samo oko 40 molekula ovog proteina može se naći u jednom virionu ove porodice virusa. Protein se sastoji od dvije podjedinice koje su u jednakom broju i obavljaju tri važne funkcije obrnute:
1) Sinteza molekule DNK i na jednolančanoj/dvolančanoj RNA šabloni i na bazi deoksiribonukleinskih kiselina.
2) Aktivacija RNaze H, čija je glavna uloga dacijepanje RNA molekula u RNA-DNK kompleksu.
3) Uništavanje dijelova DNK molekula za umetanje u eukariotski genom.
Mehanizam OT
Koraci obrnute transkripcije mogu varirati u zavisnosti od porodice virusa, tj. o vrsti njihovih nukleinskih kiselina.
Hajde da prvo razmotrimo one viruse koji koriste reversetazu. Ovdje je OT proces podijeljen u 3 koraka:
1) Sinteza “-” RNA lanca na šablonu “+” RNA lanca.
2) Uništavanje "+" lanca RNK u RNA-DNK kompleksu pomoću enzima RNase H.
3) Sinteza dvolančane DNK molekule na šablonu "-" RNA lanca.
Ova metoda reprodukcije viriona tipična je za neke onkogene viruse i virus humane imunodeficijencije (HIV).
Vrijedi napomenuti da je za sintezu bilo koje nukleinske kiseline na RNK šablonu potrebno sjeme ili prajmer. Prajmer je kratki niz nukleotida koji je komplementaran 3' kraju molekula RNK (template) i igra važnu ulogu u pokretanju sinteze.
Kada su gotovi dvolančani DNK molekuli virusnog porijekla integrirani u eukariotski genom, počinje uobičajeni mehanizam sinteze virionskog proteina. Kao rezultat toga, ćelija "zarobljena" virusom postaje fabrika za proizvodnju viriona, gdje se u velikim količinama formiraju potrebni proteini i RNA molekuli.
Još jedan način reverzne transkripcije zasniva se na dejstvu RNA sintetaze. Ovaj protein je aktivan u paramiksovirusima, rabdovirusima, pikornovirusima. U ovom slučaju nema treće faze OT - formiranjadvolančana DNK, a umjesto toga, "+" RNA lanac se sintetizira na šabloni virusnog "-" RNA lanca i obrnuto.
Ponavljanje takvih ciklusa dovodi i do replikacije genoma virusa i do stvaranja mRNA sposobne za sintezu proteina u uslovima inficirane eukariotske ćelije.
Biološki značaj reverzne transkripcije
OT proces je od najveće važnosti u životnom ciklusu mnogih virusa (prvenstveno retrovirusa kao što je HIV). RNK viriona koji je napao eukariotsku ćeliju postaje šablon za sintezu prvog lanca DNK, na kojem nije teško završiti drugi lanac.
Dobijena dvolančana DNK virusa integrisana je u genom eukariota, što dovodi do aktivacije procesa sinteze proteina viriona i pojave velikog broja njegovih kopija unutar zaražene ćelije. Ovo je glavna misija Revertase-a i OT-a općenito za virus.
Reverzna transkripcija se takođe može desiti kod eukariota u kontekstu retrotranspozona - mobilnih genetskih elemenata koji se mogu nezavisno transportovati iz jednog dela genoma u drugi. Takvi elementi, prema naučnicima, izazvali su evoluciju živih organizama.
Retrotranspozon je dio eukariotske DNK koji kodira nekoliko proteina. Jedna od njih, reverzetaza, direktno je uključena u delokalizaciju takvog retrotransporozona.
Upotreba OT-a u nauci
Od trenutka kada je reverznataza izolovana u svom čistom obliku, biolozi su usvojili proces reverzne transkripcije. Proučavanje OT mehanizma još uvijek pomaže u čitanju sekvenci najvažnijih ljudskih proteina.
Činjenica je da genom eukariota, uključujući nas, sadrži neinformativne regije koje se nazivaju introni. Kada se iz takve DNK očita nukleotidna sekvenca i formira se jednolančana RNK, ova potonja gubi introne i kodira isključivo protein. Ako se DNK sintetizira korištenjem reverznetaze na RNA šablonu, onda je lako sekvencirati je i saznati redoslijed nukleotida.
Nukleinska kiselina koja je formirana reverznom transkriptazom naziva se cDNK. Često se koristi u lančanoj reakciji polimeraze (PCR) kako bi se umjetno povećao broj kopija rezultirajuće kopije cDNK. Ova metoda se koristi ne samo u nauci, već iu medicini: laboratorijski asistenti određuju sličnost takve DNK s genomima različitih bakterija ili virusa iz zajedničke biblioteke. Sinteza vektora i njihovo uvođenje u bakterije jedno je od obećavajućih područja biologije. Ako se RT koristi za formiranje DNK ljudi i drugih organizama bez introna, takvi se molekuli lako mogu uvesti u bakterijski genom. Tako ove druge postaju fabrike za proizvodnju supstanci neophodnih za osobu (na primjer, enzima).
