Modern biyoloji, keşiflerinin benzersizliği ve ölçeğiyle şaşırtıyor. Bugün bu bilim, gözlerimizden gizlenen süreçlerin çoğunu inceliyor. Bu, canlı maddenin en karmaşık gizemlerini çözmeye yardımcı olan umut verici alanlardan biri olan moleküler biyoloji için dikkate değerdir.
Ters transkripsiyon nedir
Ters transkripsiyon (kısaca RT), çoğu RNA virüsünün özel bir işlem özelliğidir. Başlıca özelliği, haberci RNA'ya dayalı çift sarmallı bir DNA molekülünün sentezidir.
OT, bakteri veya ökaryotik organizmaların özelliği değildir. Ana enzim olan reverstase, çift sarmallı DNA'nın sentezinde önemli bir rol oynar.
Keşif geçmişi
Bir ribonükleik asit molekülünün DNA sentezi için bir şablon olabileceği fikri 1970'lere kadar saçma olarak kabul edildi. Sonra B altimore ve Temin, birbirlerinden ayrı çalışarak neredeyse aynı anda yeni bir enzim keşfettiler. Buna RNA'ya bağımlı DNA polimeraz veya ters transkriptaz dediler.
Bu enzimin keşfi, organizmaların varlığını koşulsuz olarak doğruladıters transkripsiyon yeteneğine sahiptir. Her iki bilim insanı da 1975'te Nobel Ödülü'nü aldı. Bir süre sonra Engelhardt, ters transkriptaz için alternatif bir isim önerdi - revertaz.
OT neden moleküler biyolojinin temel dogmasıyla çelişir
Merkezi Dogma, herhangi bir canlı hücrede sıralı protein sentezi kavramıdır. Böyle bir şema üç bileşenden oluşur: DNA, RNA ve protein.
Merkezi dogmaya göre, RNA yalnızca DNA şablonu üzerinde sentezlenebilir ve ancak o zaman RNA, proteinin birincil yapısının oluşturulmasına dahil olur.
Bu dogma, ters transkripsiyonun keşfinden önce bilim camiasında resmen kabul edildi. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, DNA'nın RNA'dan ters sentezi fikri bilim adamları tarafından uzun süredir reddedildi. Sadece 1970 yılında, terstazın keşfiyle birlikte, protein sentezi kavramına yansıyan bu soruna son verildi.
Kuş retrovirüslerinin geri döndürülmesi
Ters transkripsiyon işlemi, RNA'ya bağımlı DNA polimerazın katılımı olmadan tamamlanmaz. Kuş retrovirüsünün tersine çevrilmesi bugüne kadar maksimum ölçüde çalışılmıştır.
Bu virüs ailesinin bir viryonunda bu proteinin sadece yaklaşık 40 molekülü bulunabilir. Protein, eşit sayıda olan ve reversazın üç önemli işlevini yerine getiren iki alt birimden oluşur:
1) Hem tek sarmallı/çift sarmallı RNA şablonu üzerinde hem de deoksiribonükleik asitler bazında bir DNA molekülünün sentezi.
2) RNase H aktivasyonu, ana rolüRNA-DNA kompleksindeki RNA molekülünün bölünmesi.
3) Ökaryotik genoma yerleştirilmek üzere DNA moleküllerinin bölümlerinin yok edilmesi.
Mekanizma OT
Ters transkripsiyon adımları, virüs ailesine, yani virüs ailesine bağlı olarak değişebilir. nükleik asitlerinin türü hakkında.
Önce ters veri kullanan virüsleri ele alalım. Burada OT süreci 3 adıma bölünmüştür:
1) RNA zincirinin “+” şablonundaki “-” RNA zincirinin sentezi.
2) RNase H. enzimi kullanılarak RNA-DNA kompleksindeki RNA'nın "+" zincirinin yok edilmesi
3) RNA zincirinin "-" şablonunda çift sarmallı bir DNA molekülünün sentezi.
Bu viryon üreme yöntemi, bazı onkojenik virüsler ve insan immün yetmezlik virüsü (HIV) için tipiktir.
Bir RNA şablonunda herhangi bir nükleik asidin sentezi için bir tohum veya primerin gerekli olduğunu belirtmekte fayda var. Primer, bir RNA molekülünün (şablon) 3' ucuna tamamlayıcı olan ve sentezi başlatmada önemli bir rol oynayan kısa bir nükleotid dizisidir.
Viral kökenli hazır çift sarmallı DNA molekülleri ökaryotik genoma entegre edildiğinde, virion protein sentezinin olağan mekanizması başlar. Sonuç olarak, virüs tarafından "yakalanan" hücre, gerekli protein ve RNA moleküllerinin büyük miktarlarda oluşturulduğu bir virion üretim fabrikası haline gelir.
Ters transkripsiyonun başka bir yolu, RNA sentetazın faaliyetine dayanır. Bu protein paramiksovirüslerde, rabdovirüslerde, pikornovirüslerde aktiftir. Bu durumda, OT'nin üçüncü aşaması yoktur - oluşumçift sarmallı DNA ve bunun yerine viral “-” RNA zincirinin şablonunda bir “+” RNA zinciri sentezlenir ve bunun tersi de geçerlidir.
Bu tür döngülerin tekrarı, hem virüs genomunun replikasyonuna hem de enfekte bir ökaryotik hücrenin koşulları altında protein sentezi yapabilen mRNA oluşumuna yol açar.
Ters transkripsiyonun biyolojik önemi
OT süreci, birçok virüsün (öncelikle HIV gibi retrovirüsler) yaşam döngüsünde büyük önem taşır. Bir ökaryotik hücreye saldıran bir virionun RNA'sı, üzerinde ikinci zinciri tamamlamanın zor olmadığı ilk DNA zincirinin sentezi için bir şablon haline gelir.
Virüsün elde edilen çift sarmallı DNA'sı ökaryotik genoma entegre edilir, bu da viryon protein sentezi süreçlerinin aktivasyonuna ve enfekte olmuş hücre içinde çok sayıda kopyasının ortaya çıkmasına yol açar. Bu, Revertase ve OT'nin genel olarak virüs için ana görevidir.
Ters transkripsiyon, ökaryotlarda retrotranspozonlar - genomun bir bölümünden diğerine bağımsız olarak taşınabilen mobil genetik elementler bağlamında da meydana gelebilir. Bilim adamlarına göre bu tür elementler canlı organizmaların evrimine neden oldu.
Retrotranspozon, birkaç proteini kodlayan bir ökaryotik DNA dizisidir. Bunlardan biri, terstaz, bu tür retrotransporozonun yerelleştirilmesiyle doğrudan ilgilidir.
Bilimde OT kullanımı
Reversetase'ın saf haliyle izole edildiği andan beri, ters transkripsiyon süreci biyologlar tarafından benimsendi. OT mekanizmasının incelenmesi, en önemli insan proteinlerinin dizilerini okumaya hala yardımcı oluyor.
Gerçek şu ki, biz de dahil olmak üzere ökaryotların genomu, intron adı verilen bilgi vermeyen bölgeleri içerir. Böyle bir DNA'dan bir nükleotid dizisi okunduğunda ve tek sarmallı bir RNA oluşturulduğunda, ikincisi intronlarını kaybeder ve yalnızca protein için kodlar. DNA, bir RNA şablonu üzerinde reverstase kullanılarak sentezlenirse, onu sıralamak ve nükleotidlerin sırasını bulmak kolaydır.
Ters transkriptaz tarafından oluşturulan nükleik aside cDNA denir. Genellikle elde edilen cDNA kopyasının kopya sayısını yapay olarak artırmak için polimeraz zincir reaksiyonunda (PCR) kullanılır. Bu yöntem sadece bilimde değil, tıpta da kullanılır: laboratuvar asistanları, bu tür DNA'nın ortak bir kütüphaneden çeşitli bakteri veya virüslerin genomlarıyla benzerliğini belirler. Vektörlerin sentezi ve bakterilere girişi, biyolojinin umut verici alanlarından biridir. İnsanların ve intronsuz diğer organizmaların DNA'sını oluşturmak için RT kullanılırsa, bu tür moleküller bakteri genomuna kolaylıkla dahil edilebilir. Böylece ikincisi, bir kişi için gerekli olan maddelerin (örneğin enzimlerin) üretimi için fabrikalar haline gelir.
