Biologi modern memukau dengan keunikan dan skala penemuannya. Saat ini, ilmu ini mempelajari sebagian besar proses yang tersembunyi dari mata kita. Ini luar biasa untuk biologi molekuler - salah satu bidang menjanjikan yang membantu mengungkap misteri materi hidup yang paling kompleks.
Apa itu transkripsi balik
Transkripsi terbalik (disingkat RT) adalah karakteristik proses spesifik dari sebagian besar virus RNA. Fitur utamanya adalah sintesis molekul DNA untai ganda berdasarkan messenger RNA.
OT bukanlah karakteristik bakteri atau organisme eukariotik. Enzim utama, reversetase, memainkan peran kunci dalam sintesis DNA untai ganda.
Riwayat penemuan
Gagasan bahwa molekul asam ribonukleat dapat menjadi cetakan untuk sintesis DNA dianggap tidak masuk akal hingga tahun 1970-an. Kemudian B altimore dan Temin, bekerja secara terpisah satu sama lain, hampir bersamaan menemukan enzim baru. Mereka menyebutnya RNA-dependent-DNA polymerase, atau reverse transcriptase.
Penemuan enzim ini tanpa syarat mengkonfirmasi keberadaan organismemampu melakukan transkripsi balik. Kedua ilmuwan tersebut menerima Hadiah Nobel pada tahun 1975. Setelah beberapa waktu, Engelhardt mengusulkan nama alternatif untuk reverse transcriptase - revertase.
Mengapa PL bertentangan dengan dogma sentral biologi molekuler
Dogma Sentral adalah konsep sintesis protein berurutan dalam sel hidup mana pun. Skema tersebut dibangun dari tiga komponen: DNA, RNA dan protein.
Menurut dogma sentral, RNA dapat disintesis secara eksklusif pada template DNA, dan hanya kemudian RNA terlibat dalam membangun struktur utama protein.
Dogma ini secara resmi diterima di komunitas ilmiah sebelum ditemukannya transkripsi terbalik. Tidak heran, ide sintesis terbalik DNA dari RNA telah lama ditolak oleh para ilmuwan. Baru pada tahun 1970, seiring dengan penemuan reversetase, masalah ini berakhir, yang tercermin dalam konsep sintesis protein.
Pembalikan retrovirus unggas
Proses transkripsi balik tidak lengkap tanpa partisipasi RNA-dependent-DNA polymerase. Revertase dari retrovirus unggas telah dipelajari secara maksimal hingga saat ini.
Hanya sekitar 40 molekul protein ini yang dapat ditemukan dalam satu virion dari keluarga virus ini. Protein terdiri dari dua subunit yang jumlahnya sama dan melakukan tiga fungsi penting dari reversease:
1) Sintesis molekul DNA baik pada template RNA untai tunggal/untai ganda dan berdasarkan asam deoksiribonukleat.
2) Aktivasi RNase H, peran utamanya adalah untukpembelahan molekul RNA dalam kompleks RNA-DNA.
3) Penghancuran bagian molekul DNA untuk dimasukkan ke dalam genom eukariotik.
Mekanisme OT
Langkah transkripsi terbalik dapat bervariasi tergantung pada keluarga virus, mis. pada jenis asam nukleatnya.
Pertama-tama mari kita lihat virus-virus yang menggunakan reversetase. Di sini proses PL dibagi menjadi 3 langkah:
1) Sintesis untai RNA “-” pada template “+” untai RNA.
2) Penghancuran untai "+" RNA pada kompleks RNA-DNA menggunakan enzim RNase H.
3) Sintesis molekul DNA untai ganda pada templat "-" dari rantai RNA.
Metode reproduksi virion ini khas untuk beberapa virus onkogenik dan human immunodeficiency virus (HIV).
Perlu dicatat bahwa untuk sintesis asam nukleat apa pun pada templat RNA, diperlukan benih atau primer. Primer adalah urutan nukleotida pendek yang melengkapi ujung 3' molekul RNA (templat) dan memainkan peran penting dalam memulai sintesis.
Ketika molekul DNA untai ganda siap pakai yang berasal dari virus diintegrasikan ke dalam genom eukariotik, mekanisme sintesis protein virion yang biasa dimulai. Akibatnya, sel yang “tertangkap” oleh virus menjadi pabrik produksi virion, di mana protein dan molekul RNA yang diperlukan terbentuk dalam jumlah besar.
Cara lain transkripsi balik didasarkan pada aksi RNA sintetase. Protein ini aktif dalam paramyxoviruses, rhabdoviruses, picornoviruses. Dalam hal ini, tidak ada PL tahap ketiga - formasiDNA untai ganda, dan sebaliknya, rantai RNA “+” disintesis pada template rantai RNA “-” virus dan sebaliknya.
Pengulangan siklus tersebut mengarah pada replikasi genom virus dan pembentukan mRNA yang mampu mensintesis protein dalam kondisi sel eukariotik yang terinfeksi.
Signifikansi biologis dari transkripsi balik
Proses PL sangat penting dalam siklus hidup banyak virus (terutama retrovirus seperti HIV). RNA virion yang menyerang sel eukariotik menjadi cetakan untuk sintesis untai DNA pertama, yang tidak sulit untuk melengkapi untai kedua.
DNA virus beruntai ganda yang diperoleh diintegrasikan ke dalam genom eukariotik, yang mengarah pada aktivasi proses sintesis protein virion dan munculnya sejumlah besar salinannya di dalam sel yang terinfeksi. Ini adalah misi utama Revertase dan OT secara umum untuk virus.
Transkripsi terbalik juga dapat terjadi pada eukariota dalam konteks retrotransposon - elemen genetik bergerak yang dapat secara independen mengangkut dari satu bagian genom ke bagian lain. Unsur-unsur seperti itu, menurut para ilmuwan, menyebabkan evolusi organisme hidup.
Retrotransposon adalah rangkaian DNA eukariotik yang mengkode beberapa protein. Salah satunya, reversetase, terlibat langsung dalam delokalisasi retrotransporozon tersebut.
Penggunaan PL dalam sains
Sejak saat reversetase diisolasi dalam bentuk murninya, proses transkripsi balik diadopsi oleh para ahli biologi. Studi tentang mekanisme PL masih membantu untuk membaca urutan protein manusia yang paling penting.
Faktanya adalah genom eukariota, termasuk kita, mengandung daerah non-informatif yang disebut intron. Ketika urutan nukleotida dibaca dari DNA tersebut dan RNA untai tunggal terbentuk, yang terakhir kehilangan intron dan kode secara eksklusif untuk protein. Jika DNA disintesis menggunakan reversetase pada template RNA, maka mudah untuk mengurutkannya dan mengetahui urutan nukleotidanya.
Asam nukleat yang telah dibentuk oleh reverse transcriptase disebut cDNA. Ini sering digunakan dalam reaksi berantai polimerase (PCR) untuk secara artifisial meningkatkan jumlah salinan dari salinan cDNA yang dihasilkan. Metode ini digunakan tidak hanya dalam sains, tetapi juga dalam kedokteran: asisten laboratorium menentukan kesamaan DNA tersebut dengan genom berbagai bakteri atau virus dari perpustakaan umum. Sintesis vektor dan pengenalannya ke dalam bakteri adalah salah satu bidang biologi yang menjanjikan. Jika RT digunakan untuk membentuk DNA manusia dan organisme lain tanpa intron, molekul tersebut dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam genom bakteri. Jadi yang terakhir menjadi pabrik untuk produksi zat yang diperlukan seseorang (misalnya, enzim).
