Biologjia moderne mahnit me veçantinë dhe shkallën e zbulimeve të saj. Sot, kjo shkencë studion shumicën e proceseve që fshihen nga sytë tanë. Kjo është e jashtëzakonshme për biologjinë molekulare - një nga fushat premtuese që ndihmon për të zbuluar misteret më komplekse të materies së gjallë.
Çfarë është transkriptimi i kundërt
Transkriptimi i kundërt (shkurtimisht RT) është një proces specifik karakteristik për shumicën e viruseve ARN. Karakteristika e saj kryesore është sinteza e një molekule të ADN-së me dy zinxhirë të bazuar në ARN-në e dërguar.
OT nuk është karakteristikë për bakteret ose organizmat eukariote. Enzima kryesore, reversetaza, luan një rol kyç në sintezën e ADN-së me dy zinxhirë.
Historia e zbulimit
Ideja që një molekulë e acidit ribonukleik mund të bëhej një shabllon për sintezën e ADN-së konsiderohej absurde deri në vitet 1970. Pastaj B altimore dhe Temin, duke punuar veçmas nga njëri-tjetri, pothuajse në të njëjtën kohë zbuluan një enzimë të re. Ata e quajtën atë polimerazë të ADN-së të varur nga ARN, ose transkriptazë e kundërt.
Zbulimi i kësaj enzime konfirmoi pa kushte ekzistencën e organizmavetë aftë për transkriptim të kundërt. Të dy shkencëtarët morën çmimin Nobel në 1975. Pas ca kohësh, Engelhardt propozoi një emër alternativ për transkriptazën e kundërt - revertazë.
Pse OT bie ndesh me dogmën qendrore të biologjisë molekulare
Dogma Qendrore është koncepti i sintezës sekuenciale të proteinave në çdo qelizë të gjallë. Një skemë e tillë ndërtohet nga tre komponentë: ADN, ARN dhe proteina.
Sipas dogmës qendrore, ARN mund të sintetizohet ekskluzivisht në shabllonin e ADN-së dhe vetëm atëherë ARN përfshihet në ndërtimin e strukturës parësore të proteinës.
Kjo dogmë u pranua zyrtarisht në komunitetin shkencor përpara zbulimit të transkriptimit të kundërt. Jo çuditërisht, ideja e sintezës së kundërt të ADN-së nga ARN-ja është hedhur poshtë prej kohësh nga shkencëtarët. Vetëm në vitin 1970, së bashku me zbulimin e reversetazës, iu dha fund kësaj çështjeje, e cila u reflektua në konceptin e sintezës së proteinave.
Revertaza e retroviruseve të shpendëve
Procesi i transkriptimit të kundërt nuk është i plotë pa pjesëmarrjen e polimerazës së ADN-së të varur nga ARN. Revertaza e retrovirusit të shpendëve është studiuar në masën maksimale deri më sot.
Vetëm rreth 40 molekula të kësaj proteine mund të gjenden në një virion të kësaj familjeje virusesh. Proteina përbëhet nga dy nënnjësi që janë në numër të barabartë dhe kryejnë tre funksione të rëndësishme të kundërta:
1) Sinteza e një molekule të ADN-së si në një shabllon të ARN-së me një zinxhir/dy fije, ashtu edhe në bazë të acideve deoksiribonukleike.
2) Aktivizimi i RNazës H, roli kryesor i të cilit është tëndarja e molekulës së ARN-së në kompleksin ARN-ADN.
3) Shkatërrimi i seksioneve të molekulave të ADN-së për futje në gjenomin eukariotik.
Mekanizmi OT
Hapat e transkriptimit të kundërt mund të ndryshojnë në varësi të familjes së viruseve, d.m.th. mbi llojin e acideve të tyre nukleike.
Le të shqyrtojmë fillimisht ato viruse që përdorin reversetazë. Këtu procesi OT ndahet në 3 hapa:
1) Sinteza e vargut "-" ARN në shabllonin "+" të vargut ARN.
2) Shkatërrimi i vargut "+" të ARN në kompleksin ARN-ADN duke përdorur enzimën RNase H.
3) Sinteza e një molekule të ADN-së me dy zinxhirë në shabllonin "-" të zinxhirit të ARN-së.
Kjo metodë e riprodhimit të virionit është tipike për disa viruse onkogjenë dhe virusin e mungesës së imunitetit të njeriut (HIV).
Vlen të përmendet se për sintezën e çdo acidi nukleik në një shabllon ARN, nevojitet një farë ose abetare. Një primer është një sekuencë e shkurtër nukleotidesh që është plotësuese me skajin 3' të një molekule ARN (shabllon) dhe luan një rol të rëndësishëm në fillimin e sintezës.
Kur molekulat e gatshme të ADN-së me dy zinxhirë me origjinë virale integrohen në gjenomin eukariotik, fillon mekanizmi i zakonshëm i sintezës së proteinës së virionit. Si rezultat, qeliza e "kapur" nga virusi kthehet në një fabrikë të prodhimit të virionit, ku molekulat e nevojshme të proteinave dhe ARN-së formohen në sasi të mëdha.
Një mënyrë tjetër e transkriptimit të kundërt bazohet në veprimin e ARN sintetazës. Kjo proteinë është aktive në paramyxoviruset, rabdoviruset, pikornoviruset. Në këtë rast, nuk ka asnjë fazë të tretë të OT - formimiADN me dy zinxhirë, dhe në vend të kësaj, një zinxhir ARN "+" sintetizohet në shabllonin e zinxhirit të ARN-së virale "-" dhe anasjelltas.
Përsëritja e cikleve të tilla çon si në riprodhimin e gjenomit të virusit ashtu edhe në formimin e mARN-së të aftë për sintezën e proteinave në kushtet e një qelize eukariote të infektuar.
Rëndësia biologjike e transkriptimit të kundërt
Procesi OT është i një rëndësie të madhe në ciklin jetësor të shumë viruseve (kryesisht retroviruseve si HIV). ARN-ja e një virioni që sulmoi një qelizë eukariote bëhet një shabllon për sintezën e vargut të parë të ADN-së, mbi të cilën nuk është e vështirë të plotësohet vargu i dytë.
ADN-ja e fituar me dy vargje e virusit integrohet në gjenomin eukariotik, gjë që çon në aktivizimin e proceseve të sintezës së proteinës së virionit dhe shfaqjen e një numri të madh të kopjeve të saj brenda qelizës së infektuar. Ky është misioni kryesor i Revertase dhe OT në përgjithësi për virusin.
Transkriptimi i kundërt mund të ndodhë gjithashtu te eukariotët në kontekstin e retrotranspozonëve - elementë gjenetikë të lëvizshëm që mund të transportojnë në mënyrë të pavarur nga një pjesë e gjenomit në tjetrën. Elementë të tillë, sipas shkencëtarëve, shkaktuan evolucionin e organizmave të gjallë.
Retrotranspozoni është një shtrirje e ADN-së eukariote që kodon disa proteina. Njëra prej tyre, reversetaza, është e përfshirë drejtpërdrejt në delokalizimin e një retrotransporozoni të tillë.
Përdorimi i OT në shkencë
Që nga momenti kur reversetaza u izolua në formën e saj të pastër, procesi i transkriptimit të kundërt u adoptua nga biologët. Studimi i mekanizmit OT ende ndihmon në leximin e sekuencave të proteinave më të rëndësishme njerëzore.
Fakti është se gjenomi i eukariotëve, përfshirë ne, përmban rajone jo informative të quajtura introne. Kur një sekuencë nukleotide lexohet nga një ADN e tillë dhe formohet një ARN me një zinxhir, kjo e fundit humbet intronet dhe kodon ekskluzivisht për proteinat. Nëse ADN-ja sintetizohet duke përdorur reversetazën në një shabllon ARN, atëherë është e lehtë ta renditësh atë dhe të zbulosh renditjen e nukleotideve.
Acidi nukleik që është formuar nga transkriptaza e kundërt quhet cDNA. Shpesh përdoret në reaksionin zinxhir polimerazë (PCR) për të rritur artificialisht numrin e kopjeve të kopjes së cDNA-së që rezulton. Kjo metodë përdoret jo vetëm në shkencë, por edhe në mjekësi: asistentët laboratorikë përcaktojnë ngjashmërinë e një ADN-je të tillë me gjenomet e baktereve ose viruseve të ndryshme nga një bibliotekë e përbashkët. Sinteza e vektorëve dhe futja e tyre në baktere është një nga fushat premtuese të biologjisë. Nëse RT përdoret për të formuar ADN-në e njerëzve dhe organizmave të tjerë pa introne, molekula të tilla mund të futen lehtësisht në gjenomin bakterial. Pra, këto të fundit bëhen fabrika për prodhimin e substancave të nevojshme për një person (për shembull, enzimat).
