Die moderne Biologie verblüfft mit der Einzigartigkeit und dem Umfang ihrer Entdeckungen. Heute untersucht diese Wissenschaft die meisten Prozesse, die unseren Augen verborgen sind. Dies ist bemerkenswert für die Molekularbiologie – eines der vielversprechenden Gebiete, das hilft, die komplexesten Geheimnisse der lebenden Materie zu enträtseln.
Was ist umgekehrte Transkription
Reverse Transkription (kurz RT) ist ein spezifischer Prozess, der für die meisten RNA-Viren charakteristisch ist. Sein Hauptmerkmal ist die Synthese eines doppelsträngigen DNA-Moleküls auf Basis von Boten-RNA.
OT ist nicht charakteristisch für Bakterien oder eukaryotische Organismen. Das Hauptenzym Reversetase spielt eine Schlüsselrolle bei der Synthese doppelsträngiger DNA.
Discovery-Verlauf
Die Idee, dass ein Ribonukleinsäuremolekül eine Vorlage für die DNA-Synthese werden könnte, g alt bis in die 1970er Jahre als absurd. Dann entdeckten B altimore und Temin, die getrennt voneinander arbeiteten, fast gleichzeitig ein neues Enzym. Sie nannten es RNA-abhängige DNA-Polymerase oder reverse Transkriptase.
Die Entdeckung dieses Enzyms bestätigte bedingungslos die Existenz von OrganismenReverse Transkription fähig. Beide Wissenschaftler erhielten 1975 den Nobelpreis. Nach einiger Zeit schlug Engelhardt einen alternativen Namen für Reverse Transkriptase vor - Revertase.
Warum OT dem zentralen Dogma der Molekularbiologie widerspricht
Das zentrale Dogma ist das Konzept der sequentiellen Proteinsynthese in jeder lebenden Zelle. Ein solches Schema besteht aus drei Komponenten: DNA, RNA und Protein.
Nach dem zentralen Dogma kann RNA ausschließlich auf der DNA-Vorlage synthetisiert werden, und nur dann ist RNA am Aufbau der Primärstruktur des Proteins beteiligt.
Dieses Dogma wurde in der wissenschaftlichen Gemeinschaft vor der Entdeckung der reversen Transkription offiziell akzeptiert. Es überrascht nicht, dass die Idee der umgekehrten Synthese von DNA aus RNA von Wissenschaftlern lange abgelehnt wurde. Erst 1970, zusammen mit der Entdeckung der Reversetase, wurde dieser Problematik ein Ende gesetzt, was sich im Konzept der Proteinsynthese niederschlug.
Revertase von Vogel-Retroviren
Der Prozess der reversen Transkription ist ohne die Beteiligung der RNA-abhängigen DNA-Polymerase nicht vollständig. Die Revertase des aviären Retrovirus wurde bisher umfassend untersucht.
Nur etwa 40 Moleküle dieses Proteins können in einem Virion dieser Virenfamilie gefunden werden. Das Protein besteht aus zwei Untereinheiten, die in gleicher Anzahl vorhanden sind und drei wichtige Funktionen der Reversease erfüllen:
1) Synthese eines DNA-Moleküls sowohl auf einer einzelsträngigen/doppelsträngigen RNA-Matrize als auch auf der Basis von Desoxyribonukleinsäuren.
2) RNase-H-Aktivierung, deren Hauptaufgabe darin bestehtSp altung des RNA-Moleküls im RNA-DNA-Komplex.
3) Zerstörung von Abschnitten von DNA-Molekülen zum Einfügen in das eukaryontische Genom.
Mechanismus OT
Die Schritte der reversen Transkription können je nach Virenfamilie variieren, d.h. von der Art ihrer Nukleinsäuren.
Betrachten wir zuerst die Viren, die Reversetase verwenden. Hier ist der OT-Prozess in 3 Schritte unterteilt:
1) Synthese des „-“RNA-Strangs auf der Matrize „+“des RNA-Strangs.
2) Zerstörung des "+"-Strangs der RNA im RNA-DNA-Komplex durch das Enzym RNase H.
3) Synthese eines doppelsträngigen DNA-Moleküls an der Vorlage "-" der RNA-Kette.
Diese Methode der Virionvermehrung ist typisch für einige onkogene Viren und das Human Immunodeficiency Virus (HIV).
Es ist erwähnenswert, dass für die Synthese jeder Nukleinsäure auf einer RNA-Matrize ein Seed oder Primer benötigt wird. Ein Primer ist eine kurze Sequenz von Nukleotiden, die komplementär zum 3'-Ende eines RNA-Moleküls (Matrize) ist und eine wichtige Rolle bei der Initiierung der Synthese spielt.
Wenn fertige doppelsträngige DNA-Moleküle viralen Ursprungs in das eukaryotische Genom integriert werden, beginnt der übliche Mechanismus der Virion-Proteinsynthese. Dadurch wird die vom Virus „eingefangene“Zelle zur Virionen-Produktionsfabrik, in der die notwendigen Protein- und RNA-Moleküle in großen Mengen gebildet werden.
Ein anderer Weg der reversen Transkription basiert auf der Wirkung der RNA-Synthetase. Dieses Protein ist in Paramyxoviren, Rhabdoviren, Picornoviren aktiv. In diesem Fall gibt es keine dritte Stufe von OT – die Formationdoppelsträngige DNA, und stattdessen wird eine „+“-RNA-Kette auf der Vorlage der viralen „-“-RNA-Kette synthetisiert und umgekehrt.
Die Wiederholung solcher Zyklen führt sowohl zur Replikation des Virusgenoms als auch zur Bildung von mRNA, die unter den Bedingungen einer infizierten eukaryotischen Zelle zur Proteinsynthese befähigt ist.
Biologische Bedeutung der reversen Transkription
Der OT-Prozess ist im Lebenszyklus vieler Viren (hauptsächlich Retroviren wie HIV) von größter Bedeutung. Die RNA eines Virions, das eine eukaryontische Zelle angegriffen hat, wird zu einer Vorlage für die Synthese des ersten DNA-Strangs, auf dem es nicht schwierig ist, den zweiten Strang zu vervollständigen.
Die erh altene doppelsträngige DNA des Virus wird in das eukaryotische Genom integriert, was zur Aktivierung der Prozesse der Virionproteinsynthese und zum Auftreten einer großen Anzahl seiner Kopien in der infizierten Zelle führt. Dies ist die Hauptaufgabe von Revertase und OT im Allgemeinen für das Virus.
Reverse Transkription kann auch bei Eukaryoten im Zusammenhang mit Retrotransposons auftreten – beweglichen genetischen Elementen, die unabhängig von einem Teil des Genoms zu einem anderen transportiert werden können. Wissenschaftlern zufolge haben solche Elemente die Evolution lebender Organismen verursacht.
Retrotransposon ist ein Abschnitt eukaryotischer DNA, der für mehrere Proteine kodiert. Einer von ihnen, Reversetase, ist direkt an der Delokalisierung solcher Retrotransporozon beteiligt.
Einsatz von OT in der Wissenschaft
Seitdem Reversetase in seiner reinen Form isoliert wurde, wurde das Verfahren der reversen Transkription von Biologen übernommen. Das Studium des OT-Mechanismus hilft immer noch, die Sequenzen der wichtigsten menschlichen Proteine zu lesen.
Tatsache ist, dass das Genom von Eukaryoten, uns eingeschlossen, nicht-informative Regionen enthält, die Introns genannt werden. Wenn von einer solchen DNA eine Nukleotidsequenz abgelesen wird und eine einzelsträngige RNA entsteht, verliert diese Introns und kodiert ausschließlich für Protein. Wenn DNA mithilfe von Reversetase auf einer RNA-Matrize synthetisiert wird, ist es einfach, sie zu sequenzieren und die Reihenfolge der Nukleotide herauszufinden.
Nukleinsäure, die durch reverse Transkriptase gebildet wurde, wird als cDNA bezeichnet. Es wird häufig in der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet, um die Kopienzahl der resultierenden cDNA-Kopie künstlich zu erhöhen. Diese Methode kommt nicht nur in der Wissenschaft, sondern auch in der Medizin zum Einsatz: Laboranten bestimmen die Ähnlichkeit solcher DNA mit den Genen verschiedener Bakterien oder Viren aus einer gemeinsamen Bibliothek. Die Synthese von Vektoren und ihre Einführung in Bakterien ist eines der vielversprechenden Gebiete der Biologie. Wird RT dazu verwendet, die DNA von Menschen und anderen Organismen ohne Introns zu bilden, können solche Moleküle leicht in das bakterielle Genom eingeführt werden. Letztere werden also zu Fabriken zur Herstellung von Stoffen, die der Mensch braucht (z. B. Enzyme).
