Львів
C
» » Що собою являє зворотна транскрипція

Що собою являє зворотна транскрипція

Сучасна біологія вражає унікальністю і масштабністю своїх відкриттів. На сьогоднішній день ця наука вивчає більшість процесів, які приховані від нашого ока. Цим примітна молекулярна біологія – один з перспективних напрямків, що допомагає розгадати найскладніші таємниці живої матерії.

Що таке зворотна транскрипція

Зворотна транскрипція (скорочено) – це специфічний процес, характерний для більшості РНК-вмісних вірусів. Головною його особливістю є синтез дволанцюжкової молекули ДНК на базі матричної РНК.


ВІД не характерна для бактерій або эукариотических організмів. Головний фермент – ревертаза – відіграє ключову роль у синтезі дволанцюжкової ДНК.
Що собою являє зворотна транскрипція

Історія відкриття

Ідея про те, що молекула рибонуклеїнової кислоти може стати матрицею для синтезу ДНК, вважалася абсурдною аж до 1970 року. Тоді Балтімор і Темін, працювали окремо один від одного, майже одночасно відкрили новий фермент. Вони назвали його РНК-залежна ДНК-полімераза, або зворотна транскриптаза. Відкриття даного ензиму беззастережно підтвердило існування організмів, здатних до зворотної транскрипції. У 1975 році обидва вчені отримали Нобелівську премію. Через деякий час Енгельгардт запропонував альтернативне назва зворотної транскриптази – ревертаза.
Що собою являє зворотна транскрипція

Чому суперечить ВІД центральної догмі молекулярної біології

Центральна догма – це принципова схема послідовного синтезу білка в будь-якій живій клітині. Така схема будується з трьох компонентів: ДНК, РНК і білок.


Згідно з центральної догмі, РНК може синтезуватися виключно на матриці ДНК, а вже потім РНК бере участь у побудові первинної структури білка. Ця догма була офіційно прийнята в науковому товаристві раніше, ніж відбулося відкриття зворотної транскрипції. Не дивно, що ідея про зворотне синтезі ДНК із РНК довго відкидалася вченими. Лише в 1970 році разом з відкриттям ревертази була поставлена крапка в цьому питанні, що відбилося і в принциповій схемі синтезу білка.

Ревертаза ретровірусів птахів

Процес зворотної транскрипції не обходиться без участі РНК-залежної ДНК-полімерази. Максимально вивчена на сьогоднішній день ревертаза ретровірусу птахів. Всього близько 40 молекул цього білка можна виявити в одному віріона цього сімейства вірусів. Протеїн складається з двох субодиниць, які знаходяться в рівній кількості і виконують три найважливіші функції ревертази: 1) Синтез молекул ДНК на матриці одноланцюгової/дволанцюжкової РНК, так і на основі дезоксирибонуклеиновых кислот. 2) Активація Рнкази Н, головна роль якої полягає в розщепленні молекули РНК в комплексі РНК-ДНК. 3) Руйнування ділянок молекул ДНК для вбудовування в геном еукаріотів.
Що собою являє зворотна транскрипція

Механізм ВІД

Етапи зворотної транскрипції можуть змінюватись в залежності від сімейства вірусів, тобто від виду їх нуклеїнових кислот. Розглянемо спочатку ті віруси, які використовують ревертазу. Тут процес ВІД поділяється на 3 етапи: 1) Синтез «-» ланцюга РНК на матриці «+» ланцюга РНК. 2) Руйнування «+» ланцюга РНК в комплексі РНК-ДНК за допомогою ферменту Рнкази Н. 3) Синтез дволанцюжкової молекули ДНК на матриці «-» ланцюга РНК. Такий спосіб розмноження характерний віріонів для деяких онкогенних вірусів і вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ). Варто зазначити, що для синтезу будь нуклеїнової кислоти на матриці РНК потрібна затравка, або праймер. Мастика являє собою коротку послідовність нуклеотидів, комплементарну 3'-кінця молекули РНК (матриці) і відіграє важливу роль в ініціації синтезу.
Коли готові двухцепочечниє молекули ДНК вірусного походження вбудовуються в геном еукаріотів, запускається звичайний механізм синтезу білків віріона. У підсумку "захоплена" вірусом клітина стає фабрикою віріонів, де у великих кількостях утворюються необхідні молекули білків і РНК. Ще один спосіб зворотної транскрипції здійснюється на основі дії РНК-синтетази. Цей білок активний у параміксовірусів, рабдовирусов, пикорновирусов. У цьому випадку відсутня третя стадія – утворення дволанцюговою ДНК, а замість цього на матриці вірусної «-» ланцюга РНК синтезується «+» ланцюг РНК і навпаки. Повторення таких циклів призводить як до реплікації геному вірусу, так і до утворення мРНК, здатних до синтезу білка в умовах зараженої эукариотической клітини.
Що собою являє зворотна транскрипція

Біологічне значення зворотної транскрипції

Процес ВІД має першорядне значення в життєвому циклі багатьох вірусів (в першу чергу ретровірусів, таких як ВІЛ). РНК віріона, іспанця клітку еукаріотів, стає матрицею для синтезу першої ланцюжки ДНК, на якій не важко добудувати і другу ланцюг. Отримана двухцепочечная ДНК вірусу вбудовується в геном еукаріотів, що призводить до активації процесів синтезу білків віріона і появи великої кількість його копій всередині зараженої клітини. В цьому і полягає основна місія ревертази і в цілому для вірусу. У еукаріотів також може зустрічатися зворотна транскрипція в контексті ретротранспозонів – мобільних генетичних елементів, здатних самостійно перевозити з однієї ділянки геному в інший. Такі елементи, як вважають вчені, стали причиною еволюції живих організмів.
Ретротранспозон являє собою ділянку ДНК еукаріотів, який кодує кілька білків. Один з них, ревертаза, бере безпосередню участь у делокалізації такого ретротраспорозона.

Використання в науці

З того моменту, як вдалося виділити ревертазу в чистому вигляді, процес зворотної транскрипції взяли на озброєння вчені-біологи. Вивчення механізму ВІД і зараз допомагає прочитати послідовності найважливіших білків людини.
Що собою являє зворотна транскрипція
Справа в тому, що геном еукаріотів, у тому числі і нас, містить неінформативні ділянки під назвою интроны. Коли з такою ДНК зчитується послідовність нуклеотидів і формується одноланцюжкова РНК, остання позбавляється інтронів і кодує виключно білок. Якщо з допомогою ревертази на матриці РНК синтезувати ДНК, її легко потім секвенувати і дізнатися порядок нуклеотидів.
Що собою являє зворотна транскрипція
Нуклеїнова кислота, яка була утворена за допомогою зворотної транскриптази, називається кДНК. Вона часто використовується в полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР), щоб штучно збільшити кількість копій отриманої копії кДНК. Даний метод використовується не тільки в науці, але і в медицині: лаборанти визначають подібність такої ДНК з геномами різних бактерій або вірусів із загальної бібліотеки. Синтез векторів і впровадження їх у бактерії – один з перспективних напрямків біології. Якщо з допомогою формувати ДНК людини та інших організмів без інтронів, такі молекули легко впроваджуються у геном бактерій. Так останні стають фабриками по виробництву необхідних людині речовин (наприклад, ферментів).