Обратная транскриптаза

Содержание:

В полимеразы представляют собой ферменты, функция которых связана с процессами репликации и транскрипции нуклеиновых кислот. Есть два основных типа этих ферментов: ДНК-полимераза и РНК-полимераза.

ДНК-полимераза отвечает за синтез новой цепи ДНК в процессе репликации, добавляя новые нуклеотиды. Это большие сложные ферменты, различающиеся по структуре в зависимости от того, обнаружены они в эукариотическом или прокариотическом организме.

Точно так же РНК-полимераза действует во время транскрипции ДНК, синтезируя молекулу РНК. Подобно ДНК-полимеразе, он обнаружен как у эукариот, так и у прокариот, и его структура и сложность варьируются в зависимости от группы.

С эволюционной точки зрения можно предположить, что первые ферменты должны были обладать полимеразной активностью, поскольку одним из внутренних требований для развития жизни является способность генома к репликации.

Точность репликации [ править ]

В течение жизненного цикла ретровируса существует три разные системы репликации. Прежде всего, обратная транскриптаза синтезирует вирусную ДНК из вирусной РНК, а затем из вновь созданной комплементарной цепи ДНК. Второй процесс репликации происходит, когда ДНК-полимераза клетки-хозяина реплицирует интегрированную вирусную ДНК. Наконец, РНК-полимераза II транскрибирует провирусную ДНК в РНК, которая будет упакована в вирионы. Следовательно, мутация может происходить на одном или на всех этапах репликации.

Обратная транскриптаза имеет высокий процент ошибок при транскрипции РНК в ДНК, поскольку, в отличие от большинства других ДНК-полимераз , она не имеет возможности корректуры . Такой высокий уровень ошибок позволяет мутациям накапливаться с большей скоростью по сравнению с корректируемыми формами репликации. Коммерчески доступные обратные транскриптазы, производимые Promega , указаны в их руководствах как имеющие частоту ошибок в диапазоне 1 из 17 000 оснований для AMV и 1 из 30 000 оснований для M-MLV.

Помимо создания однонуклеотидных полиморфизмов , обратные транскриптазы также участвуют в таких процессах, как слияние транскриптов , перетасовка экзонов и создание искусственных антисмысловых транскриптов. Было высказано предположение, что эта активность обратной транскриптазы по переключению матрицы , которая может быть полностью продемонстрирована in vivo , могла быть одной из причин обнаружения нескольких тысяч неаннотированных транскриптов в геномах модельных организмов.

Переключение шаблона править

В каждую частицу ретровируса упакованы два генома РНК , но после заражения каждый вирус генерирует только один провирус . После заражения обратная транскрипция сопровождается переключением матрицы между двумя копиями генома (рекомбинация по выбору копии). Есть две модели, которые предполагают, почему РНК-транскриптаза переключает шаблоны. Первая, модель принудительного выбора копии, предполагает, что обратная транскриптаза изменяет матрицу РНК, когда встречает «ник», подразумевая, что рекомбинация является обязательной для поддержания целостности вирусного генома. Вторая, модель динамического выбора, предполагает, что обратная транскриптаза изменяет шаблоны, когда функция РНКазы и функция полимеразы не синхронизированы по скорости, подразумевая, что рекомбинация происходит случайным образом, а не в ответ на повреждение генома. Исследование Rawson et al. поддержали обе модели рекомбинации. В каждом цикле репликации происходит от 5 до 14 событий рекомбинации на геном. Переключение шаблона (рекомбинация), по-видимому, необходимо для поддержания целостности генома и в качестве механизма восстановления для восстановления поврежденных геномов. </ref>

Центральная догма молекулярной биологии

Так называемая «догма» молекулярной биологии описывает образование белков из генов, зашифрованных в ДНК, в три этапа: репликация, транскрипция и трансляция.

Процесс начинается с репликации молекулы ДНК, где две ее копии создаются полуконсервативным способом. Сообщение от ДНК затем транскрибируется в молекулу РНК, называемую информационной РНК. Наконец, рибосомный механизм переводит мессенджер в белки.

В этой статье мы рассмотрим два важных фермента, участвующих в первых двух упомянутых процессах.

Стоит отметить, что из центральной догмы есть исключения. Многие гены не транслируются в белки, и в некоторых случаях поток информации идет от РНК к ДНК (как в ретровирусах).

Внешние ссылки [ править ]

• РНК + транскриптаза в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
• анимация действия обратной транскриптазы и трех ингибиторов обратной транскриптазы
• Молекула месяца (сентябрь 2002 г.) в RCSB PDB
• Репликация ВИЧ Медицинская 3D-анимация. (Ноябрь 2008 г.). Видео Берингер Ингельхайм.
• Goodsell DS. «Молекула месяца: обратная транскриптаза (сентябрь 2002 г.)» . Научно-исследовательское объединение структурной биоинформатики (RCSB) Protein Data Bank (PDB) . Проверено 13 января 2013 .
• Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для UniProt : P03366 (обратная транскриптаза вируса иммунодефицита человека) в PDBe-KB .

В клеточной жизни

Самовоспроизводящиеся участки эукариотический геномы, известные как ретротранспозоны использовать обратную транскриптазу для перемещения из одной позиции в геноме в другую через промежуточную РНК. Их много в геномах растений и животных. Теломераза это еще одна обратная транскриптаза, обнаруженная у многих эукариот, включая человека, которая несет свой собственный РНК шаблон; эта РНК используется в качестве шаблона для Репликация ДНК.

Первые сообщения об обратной транскриптазе у прокариот появились еще в 1971 году во Франции (Белянский et al., 1971a, 1972) и несколькими годами позже в СССР (Ромащенко 1977). С тех пор они были широко описаны как часть бактериального Ретроны, отдельные последовательности, которые кодируют обратную транскриптазу, и используются в синтезе мсДНК. Чтобы инициировать синтез ДНК, нужен праймер. У бактерий праймер синтезируется во время репликации.

Валериан Доля из штата Орегон утверждает, что вирусы из-за своего разнообразия сыграли эволюционную роль в развитии клеточной жизни, причем обратная транскриптаза играет центральную роль.

Различия между ДНК и РНК-полимеразой

Хотя оба фермента используют отжиг ДНК, они различаются по трем ключевым причинам. Во-первых, ДНК-полимераза требует первый для начала репликации и подключения нуклеотидов. А первый или праймер представляет собой молекулу, состоящую из нескольких нуклеотидов, последовательность которых комплементарна определенному участку в ДНК.

Праймер отдает полимеразе свободный –ОН, чтобы запустить ее каталитический процесс. Напротив, РНК-полимеразы могут начать свою работу без необходимости первый.

Во-вторых, ДНК-полимераза имеет несколько участков связывания на молекуле ДНК. РНК-полимераза может связываться только с промоторными последовательностями генов.

Наконец, ДНК-полимераза — это фермент, который выполняет свою работу с высокой точностью. РНК-полимераза подвержена большему количеству ошибок, вводя неправильный нуклеотид каждые 104 нуклеотиды.

Ссылки

1. Альбертс, Б., Брей, Д., Хопкин, К., Джонсон, А. Д., Льюис, Дж., Рафф, М.,… и Уолтер, П. (2015).Основная клеточная биология. Наука о гирляндах.
2. Канн, И. К., и Ишино, Ю. (1999). Репликация архейной ДНК: определение частей для решения головоломки.Генетика, 152(4), 1249–67.
3. Купер, Г. М., и Хаусман, Р. Э. (2004).Клетка: молекулярный подход. Medicinska naklada.
4. Гарсия-Диас, М., и Бебенек, К. (2007). Многочисленные функции ДНК-полимераз.Критические обзоры в науках о растениях, 26(2), 105–122.
5. Левин, Б. (1975).Экспрессия гена. Книги UMI по запросу.
6. Лодиш, Х., Берк, А., Дарнелл, Дж. Э., Кайзер, К. А., Кригер, М., Скотт, М. П.,… и Мацудаира, П. (2008).Молекулярная клеточная биология. Макмиллан.
7. Пирс, Б.А. (2009).Генетика: концептуальный подход. Panamerican Medical Ed.
8. Щербакова, П.В., Бебенек, К., и Кункель, Т.А. (2003). Функции ДНК-полимераз эукариот.Science’s SAGE KE, 2003(8), 3.
9. Стейтц, Т. А. (1999). ДНК-полимеразы: структурное разнообразие и общие механизмы.Журнал биологической химии, 274(25), 17395–17398.
10. Ву С., Берд В. А., Педерсен Л. Г. и Уилсон С. Х. (2013). Структурное сравнение архитектуры ДНК-полимеразы предполагает нуклеотидный шлюз к активному сайту полимеразы.Химические обзоры, 114(5), 2759–74.