Biolojia ya kisasa inashangazwa na upekee na ukubwa wa uvumbuzi wake. Leo, sayansi hii inasoma michakato mingi ambayo imefichwa kutoka kwa macho yetu. Hili ni jambo la kustaajabisha kwa baiolojia ya molekuli - mojawapo ya maeneo yenye kuahidi ambayo husaidia kufumbua mafumbo changamano zaidi ya viumbe hai.
Unukuzi wa kinyume ni nini
Unukuzi wa kinyume (RT kwa ufupi) ni mchakato mahususi tabia ya virusi vingi vya RNA. Sifa yake kuu ni usanisi wa molekuli ya DNA yenye nyuzi mbili kulingana na mjumbe RNA.
OT si sifa ya bakteria au viumbe vya yukariyoti. Kimeng'enya kikuu, reversetase, huchukua jukumu muhimu katika usanisi wa DNA yenye ncha mbili.
Historia ya uvumbuzi
Wazo kwamba molekuli ya asidi ya ribonucleic inaweza kuwa kiolezo cha usanisi wa DNA lilichukuliwa kuwa gumu hadi miaka ya 1970. Kisha B altimore na Temin, wakifanya kazi tofauti kutoka kwa kila mmoja, karibu wakati huo huo waligundua enzyme mpya. Waliiita RNA-dependent-DNA polymerase, au reverse transcriptase.
Ugunduzi wa kimeng'enya hiki bila masharti ulithibitisha kuwepo kwa viumbe.yenye uwezo wa kunukuu kinyume. Wanasayansi wote wawili walipokea Tuzo la Nobel mnamo 1975. Baada ya muda, Engelhardt alipendekeza jina mbadala la reverse transcriptase - revertase.
Kwa nini AK inapingana na fundisho kuu la biolojia ya molekuli
Dogma Kuu ni dhana ya usanisi wa protini mfuatano katika seli yoyote hai. Mpango kama huo umeundwa kutoka kwa vipengele vitatu: DNA, RNA na protini.
Kulingana na fundisho kuu la msingi, RNA inaweza kuunganishwa kikamilifu kwenye kiolezo cha DNA, na baada ya hapo RNA inahusika katika kujenga muundo msingi wa protini.
Fundisho hili lilikubaliwa rasmi katika jumuiya ya wanasayansi kabla ya ugunduzi wa unukuzi wa kinyume. Haishangazi, wazo la muundo wa nyuma wa DNA kutoka kwa RNA limekataliwa kwa muda mrefu na wanasayansi. Ni mwaka wa 1970 pekee, pamoja na ugunduzi wa reversetase, ndipo mwisho wa suala hili, ambalo liliakisiwa katika dhana ya usanisi wa protini.
Urejeshaji wa virusi vya ndege vya retrovirusi
Mchakato wa unukuzi wa kinyume haujakamilika bila ushiriki wa polimasi ya DNA inayotegemea RNA. Urejeshaji wa virusi vya retrovirus vya ndege umechunguzwa kwa kiwango cha juu zaidi hadi sasa.
Ni takriban molekuli 40 pekee za protini hii zinazoweza kupatikana katika virioni moja ya familia hii ya virusi. Protini ina vijisehemu viwili ambavyo viko kwa idadi sawa na hufanya kazi tatu muhimu za kupinga:
1) Muundo wa molekuli ya DNA kwenye kiolezo cha RNA chenye nyuzi moja/miwili miwili na kwa misingi ya asidi deoxyribonucleic.
2) Uwezeshaji wa RNase H, jukumu kuu ambalo nikupasuka kwa molekuli ya RNA katika changamano cha RNA-DNA.
3) Uharibifu wa sehemu za molekuli za DNA kwa kuingizwa kwenye jenomu ya yukariyoti.
Mfumo OT
Hatua za unukuzi wa kinyume zinaweza kutofautiana kulingana na familia ya virusi, i.e. juu ya aina ya asidi zao za nucleic.
Hebu kwanza tuzingatie virusi hivyo vinavyotumia reversetase. Hapa mchakato wa OT umegawanywa katika hatua 3:
1) Muundo wa uzi wa “-” RNA kwenye kiolezo “+” cha uzi wa RNA.
2) Uharibifu wa safu ya "+" ya RNA katika changamano cha RNA-DNA kwa kutumia kimeng'enya cha RNase H.
3) Muundo wa molekuli ya DNA yenye nyuzi mbili kwenye kiolezo "-" cha msururu wa RNA.
Njia hii ya uzazi wa virioni ni ya kawaida kwa baadhi ya virusi vya oncogenic na virusi vya ukimwi (VVU).
Inafaa kukumbuka kuwa kwa usanisi wa asidi yoyote ya nukleiki kwenye kiolezo cha RNA, mbegu au kitangulizi kinahitajika. Kitangulizi ni mfuatano mfupi wa nyukleotidi unaosaidiana na mwisho wa 3' wa molekuli ya RNA (kiolezo) na ina jukumu muhimu katika kuanzisha usanisi.
Molekuli za DNA zenye nyuzi mbili zilizo tayari zimeundwa asili ya virusi zinaunganishwa kwenye jenomu ya yukariyoti, utaratibu wa kawaida wa usanisi wa protini ya virioni huanza. Kwa sababu hiyo, seli "iliyokamatwa" na virusi inakuwa kiwanda cha kuzalisha virioni, ambapo protini muhimu na molekuli za RNA huundwa kwa wingi.
Njia nyingine ya unukuzi wa kinyume inategemea utendaji wa RNA synthetase. Protini hii inafanya kazi katika paramyxoviruses, rhabdoviruses, picornoviruses. Katika kesi hii, hakuna hatua ya tatu ya OT - maleziDNA yenye nyuzi mbili, na badala yake, mnyororo wa “+” wa RNA unaunganishwa kwenye kiolezo cha msururu wa virusi “-” RNA na kinyume chake.
Kurudiwa kwa mizunguko kama hii husababisha kujirudia kwa jenomu ya virusi na kuunda mRNA yenye uwezo wa kusanisi protini chini ya hali ya seli ya yukariyoti iliyoambukizwa.
Umuhimu wa kibayolojia wa unukuzi wa kinyume
Mchakato wa Agano la Kale ni wa umuhimu mkubwa katika mzunguko wa maisha wa virusi vingi (kimsingi virusi vya retrovirusi kama vile VVU). RNA ya virioni iliyoshambulia seli ya yukariyoti inakuwa kiolezo cha usanisi wa uzi wa kwanza wa DNA, ambapo si vigumu kukamilisha uzi wa pili.
DNA iliyopatikana yenye ncha mbili ya virusi imeunganishwa kwenye jenomu ya yukariyoti, ambayo husababisha uanzishaji wa michakato ya usanisi wa protini ya virioni na kuonekana kwa idadi kubwa ya nakala zake ndani ya seli iliyoambukizwa. Hii ndiyo dhamira kuu ya Revertase na OT kwa ujumla kwa virusi.
Unukuzi wa kinyume unaweza pia kutokea katika yukariyoti katika muktadha wa retrotransposons - vipengele vya urithi vinavyohamishika ambavyo vinaweza kusafirisha kivyake kutoka sehemu moja ya jenomu hadi nyingine. Vipengele hivyo, kulingana na wanasayansi, vilisababisha mageuzi ya viumbe hai.
Retrotransposon ni safu ya DNA ya yukariyoti ambayo huweka misimbo kwa ajili ya protini kadhaa. Mmoja wao, reversetase, anahusika moja kwa moja katika uondoaji wa retrotransporozone kama hiyo.
Matumizi ya OT katika sayansi
Tangu wakati mabadiliko ya nyuma yalipotengwa katika umbo lake safi, mchakato wa unukuzi wa kinyume ulikubaliwa na wanabiolojia. Utafiti wa utaratibu wa OT bado unasaidia kusoma mfuatano wa protini muhimu zaidi za binadamu.
Ukweli ni kwamba jenomu ya yukariyoti, ikiwa ni pamoja na sisi, ina maeneo yasiyo ya taarifa yanayoitwa introns. Wakati mlolongo wa nyukleotidi unasomwa kutoka kwa DNA kama hiyo na RNA yenye ncha moja inaundwa, mwisho hupoteza introni na nambari za protini pekee. Ikiwa DNA itaundwa kwa kutumia reversetase kwenye kiolezo cha RNA, basi ni rahisi kuifuata na kujua mpangilio wa nyukleotidi.
Asidi ya nucleic ambayo imeundwa na reverse transcriptase inaitwa cDNA. Mara nyingi hutumiwa katika mmenyuko wa mnyororo wa polymerase (PCR) ili kuongeza nambari ya nakala ya nakala ya cDNA inayotokana. Njia hii haitumiwi tu katika sayansi, bali pia katika dawa: wasaidizi wa maabara huamua kufanana kwa DNA hiyo na genomes ya bakteria mbalimbali au virusi kutoka kwa maktaba ya kawaida. Mchanganyiko wa vectors na kuanzishwa kwao kwa bakteria ni mojawapo ya maeneo ya kuahidi ya biolojia. Ikiwa RT itatumiwa kuunda DNA ya binadamu na viumbe vingine bila introni, molekuli kama hizo zinaweza kuletwa kwa urahisi kwenye jenomu ya bakteria. Kwa hivyo mwisho huwa viwanda vya kutengeneza vitu muhimu kwa mtu (kwa mfano, vimeng'enya).
