Omvendt transkriptasemekanisme: 9 vigtige fakta

Indhold

Transskription

Transskription er begyndelsen mod "genekspression."

I denne proces overføres oplysningerne i "genetisk kode med fire bogstaver i DNA" til den genetiske kode med tre bogstaver i RNA. "

, kan vi forklare transkription, da den fremstiller en kopi af RNA fra DNA, eller den genetiske information overføres fra DNA til RNA.

Transkriptionsprocessen involverer et enzym kendt som RNA-polymerase; dette enzym bruger DNA som en skabelon og letter koblingen af ​​nukleotider til dannelse af RNA (svarende og komplementær til skabelon-DNA-sekvensen).

Transkriptionsprocessen afsluttes i tre faser.

Trin 1: Indvielse

Trin 2: forlængelse

Trin 3: Opsigelse

Eukaryot transkriptionjpg
Figur: Tre grundlæggende transskriptionstrin (proces til overførsel af genetisk information fra DNA til RNA); Indvielse, forlængelse og opsigelse https://commons.wikimedia.org/wiki/Fil:Eukaryotic_Transcription.png

I eukaryoter er nogle få stadier kendt som posttranslationsmodifikationer, hvor RNA gennemgår ændringer såsom:

Splejsning

5'-capping

Inkorporering af poly A-hale

Vigtigt: Transkription forekommer for hvert enkelt gen, der er til stede i vores genom separat.

DNA har enorme gener, hvert gen koder for et gen. Transkription kopierer informationen om det proteinkodende gen til et RNA-transkript.

Transkriptase

Transkriptaser er de enzymer, der katalyserer RNA-syntese fra skabelon-DNA'et; denne proces er kendt som transkription. Reverse transkriptaser (RT'er) er de enzymer, der katalyserer dannelsen af ​​cDNA (komplementært DNA) fra RNA-skabelonen; denne proces er kendt som omvendt transkription.

Omvendt transskription

I processen med omvendt transskription, DNA syntetiseres fra en RNA-skabelon (modsat transkriptionsprocessen, hvor RNA syntetiseres fra DNA-skabelonen). DNA'et produceret i revers transkription er kendt som komplementært DNA (cDNA). Revers transkription udføres af et enzym kendt som revers transkriptase. 

Krav til omvendt transkriptase:

           RNA-skabelon

           Kort primer (til binding med 3'-enden af ​​RNA)

Den korte primer binder til den komplementære region i 3'-enden og starter syntesen af ​​komplementært DNA. Dette cDNA anvendes i PCR (Polymerase-kædereaktion) som skabelon-DNA. cDNA omdannes derefter til dobbeltstrenget DNA ved DNA-polymerase og DNA-ligase-handling. Denne kombination af PCR og RT-PCR (en kombination af polymerasekædereaktion og omvendt transkription) muliggør påvisning af små mængder RNA'er til stede i prøven. Omvendt transkription bruges ofte til kloning for at øge antallet af kopier. 

Omvendt transkription
Figur: Omvendt transkriptionsskema, RT binder til ssRNA og styrer syntesen af ​​cDNA, som senere konverteres til dsDNA. https://commons.wikimedia.org/wiki/Fil:Reverse_transcription_polymerase_chain_reaction.jpg

Flere konstruerede RT'er bruges ofte til at øge produktdannelseseffektiviteten. Den konstruerede RT sikrer fuldstændig kopiering af 5'-enden af ​​mRNA'et. Termostabile RT'er er også konstrueret til brug ved højere temperaturer.

Hvilken reverse transkriptase syntetiserer?

Den omvendte transkriptase letter syntesen af ​​DNA fra det virale RNA-genom. Dette nydannede DNA er kendt som komplementært DNA (cDNA). RT er for det meste til stede i vira, der indeholder RNA-genom. Det virusholdige RNA-genom er kendt som et retrovirus.

Hvad er funktionen af ​​omvendt transkriptase?

Omvendt transkriptase er en RNA-afhængig DNA-polymerase (det kræver RNA som en skabelon for at syntetisere cDNA). RT identificerer og binder RNA'et til at syntetisere enkeltstående RNA (ssRNA). Efter syntese af cDNA spalter RT RNA'et og begynder at syntetisere dobbeltstrenget DNA (dsDNA).   

omvendt transkriptase har to aktive steder (aktive steder) til at udføre to separate funktioner:

Polymeraseaktivt sted: det omfatter to fingerlignende domæner; et domæne kan identificere RNA'et og danne hydrogenbindinger med phosphatgrupper ved hjælp af sidekæder.

Dannelse af hydrogenbinding medfører konformationsændringer og letter lukningen af ​​genkendelseshullet; dette resulterer i starten af ​​transkriptionsprocessen (ved tilsætning af nukleotider) ved hjælp af det andet domæne magnesiumioner.

Den fleksible zone styrer konformationsændringsprocessen; denne fleksible zone er til stede mellem de domæner, der er aktive i polymerase. Det betragtes ofte som et målsted for at hæmme RT-aktivitet under biokemiske og farmakologiske undersøgelser. Aminosyresekvensen, der er til stede i den fleksible zone, bevares ikke (ændres meget i løbet af evolutionen), hvilket gør det muligt for virussen at udvikle resistens.

Ribonuclease H-domæne: det er ansvarligt for spaltning af RNA- og ssDNA-frigivelse. Magnesiumion hjælper ribonuklease H-domæne i genkendelse af fosfatgrupper. Den anden kæde af ribonuklease H-domæne har ikke enzymatisk aktivitet. Det interagerer kun og stabiliserer det aktive sted.

Forskning foregår stadig på RT's nøjagtige katalytiske mekanisme; ovennævnte skema er den grundlæggende idé ved katalysen udført af RT.

I modsætning til DNA-polymerase mangler RT korrekturlæsningsaktivitet på grund af fraværet af Klenow-fragment. Manglen på korrekturlæsningsaktivitet frembringer flere fejl i udskriften, hvilket fører til enorme muligheder for mutationer til virussen.

Retrovirus revers transkriptase

Viruspartiklerne i alle retrovira indeholder et multifunktionelt enzym kendt som RT. Denne RT kræves for at syntetisere DNA-kopien af ​​et retrovirus RNA-genom, så snart den kommer ind i en værtscelle. 

Bestemmelse af 3D-strukturen af ​​revers transkriptase afslørede interaktionerne mellem de to aktive steder, inklusive binding og katalyse. Enzymets strukturelle viden giver os en mulighed for at studere nye antivirale lægemidler til behandling mod retrovira.

HIV revers transkriptase

Den humane immundefektvirus (HIV) er ansvarlig for spredning af erhvervet immundefektsyndrom (AIDS). HIV koder for hovedsageligt fire typer proteinunderenheder, der udviser DNA-polymerase, RNase H, integrase og protease-lignende aktivitet. DNA-polymerase og RNase H-aktivitet besidder en enkelt underenhed af HIV-revers transkriptase (heterodimert enzym).

For at konvertere virusets genomiske RNA til dsDNA i en værtscelle udviser HIV-revers transkriptase både RNase H- og DNA-polymeraseaktivitet. Forskning fortsætter med at kende mekanismen til, hvordan HIV revers transkriptase distribuerer sin underenhed (Ribonuclease H-domæne) for at hydrolysere genomet (RNA) af retrovirus. Stederne og omvendt transkriptase-konformation til DNA-syntese og RNA-hydrolyse er forskellige. Denne skelnen i konformationen og åbenbaringen af ​​det strukturelle hulrum gør det til en potentiel målkandidat til revers transkriptasehæmning.

HIVRT
Figur: Struktur af HIV-revers transkriptase under syntesen af ​​cDNA, HIV-RT har normalt to aktive steder. et katalytisk sted har polymerasefunktion, mens et andet har nukleaseaktivitet. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reverse_transcriptase_3KLF_labels.png

Vigtigt: RNase H-aktiviteten af ​​HIV-revers transkriptase afhænger fuldstændigt af det aktive steds aminosyresekvens. Den aktuelle mekanisme er stadig endnu ikke opdaget.

konklusioner

Denne artikel diskuterede begivenhederne med transskription, omvendt transkription og vigtigheden af ​​omvendt transkriptase i retrovira. For flere detaljer om relaterede emner, Klik her.

Ofte Stillede Spørgsmål

Q1 Hvad er rollen for omvendt transkriptase

Besvare enzym RT er også kendt som RNA afhængig DNA-polymerase; det katalyserer transkriptionen af ​​retroviralt genomisk RNA til cDNA.

Q2 Hvor kommer omvendt transkriptase fra

Svar: Processen med omvendt transkription forekommer i retrovira, prokaryoter og endda eukaryoter til en vis grad. Det er involveret i syntesen af ​​cDNA fra RNA. Retrovira har RT'er, som er afhængige af RNA for at syntetisere cDNA. Nuklear division involverer ikke brugen af ​​RT. An enzym kendt som telomerase er til stede i eukaryoter. Telomerase er en specialiseret RT, som syntetiserer telomert DNA (til stede i spidsen af ​​kromosomerne) fra RNA.

Q3 Hvilke organismer har revers transkriptase

Besvare enzym RT er til stede i mange organismer såsom planter, dyr, bakterier og vira. Enzymet RT-rolle er at omdanne en RNA-sekvens til en cDNA-sekvens. Det er generelt i alle organismer. De specifikke funktioner i RT omfatter:

Retrovirus formering

Mangfoldighed af eukaryote mobile transposoner eller retrotransposoner

Replikering eller syntese af telomerer

Syntese af multikopieret enkeltstrenget DNA (msDNA), ekstrakromosomalt DNA / RNA og kimære elementer.

Q4 Gør mennesker omvendt transkriptase.

Svar: Ja, mennesker udtrykker omvendte transkriptaser; telomerase er en omvendt transkriptasetype. Det findes i mange eukaryoter. Mennesker bærer en RNA-skabelon af telomerase for at danne telomer DNA.

Q5 Hvordan forhindrer du omvendt transkriptase

Svar: Omvendt transkriptase-aktivitet kan forhindres ved anvendelse af potente enzyminhibitorer. Disse inhibitorer (specifikt til RT'er) er generelt antiretrovirale midler. Inhibitorer begrænser RT ved at danne cDNA fra viralt RNA, og dermed stopper det formeringen af ​​virussen.

Q6 Hvad er forskellen mellem realtids-PCR og reverse transkriptase

Svar: Revers transkriptase PCR (RT-PCR) er meget mere følsom end almindelig PCR. RT-PCR bruges ofte til at detektere et bestemt genekspression, DNA-sekventering, DNA-kloning, overvågning af arvelige sygdomme og analyse af funktionelle gener. I modsætning hertil anvendes generel PCR meget i vid udstrækning til DNA-amplifikationsformål.

Q7 Hvorfor omdannes RNA til cDNA

Svar: revers transkriptase transkriberer normalt skabelon-RNA til cDNA. 

cDNA bruges generelt i molekylærbiologi til kloning eukaryote gener ind i den prokaryote celle fabrikker. Når vi ønsker at udtrykke et protein (af ekstern kilde) i en celle, der normalt ikke syntetiserer et sådant protein, kræver vi en cDNA-transformation til den prokaryote cellefabrik.

Q8 Hvad er forskellen mellem QPCR og RT-PCR

Svar: begge teknikker er indbyrdes relaterede og anvendes til at producere / amplificere DNA-kopier. RT-PCR forstærker RNA-kodens omvendte transkription, mens Q-PCR måler amplifikationsprocessen. Q-PCR er til kvantificering, mens RT-PCR er til amplifikationer. Q-PCR er kvantitativ, mens RT-PCR er ikke-kvantitativ.

Q9 Kan reverse transkriptase bruge DNA som skabelon.

Svar: Omvendt transkriptase bruger enkeltstrenget RNA som en skabelon til at syntetisere dobbeltstrenget DNA-kopi. RT'er bruger ikke DNA som skabelon.

Q10 Hvad er det karakteristiske træk ved reverse transkriptase

Svar: Det karakteristiske ved revers transkriptase er at overføre den genetiske information fra RNA til DNA. 

Læs også: