A biologia moderna surpreende pela singularidade e escala de suas descobertas. Hoje, essa ciência estuda a maioria dos processos que estão ocultos aos nossos olhos. Isso é notável para a biologia molecular - uma das áreas promissoras que ajuda a desvendar os mistérios mais complexos da matéria viva.
O que é transcrição reversa
Transcrição reversa (RT para abreviar) é um processo específico característico da maioria dos vírus de RNA. Sua principal característica é a síntese de uma molécula de DNA de fita dupla com base no RNA mensageiro.
OT não é característica de bactérias ou organismos eucarióticos. A principal enzima, a reversetase, desempenha um papel fundamental na síntese do DNA de fita dupla.
Histórico de descobertas
A ideia de que uma molécula de ácido ribonucleico poderia se tornar um molde para a síntese de DNA era considerada absurda até a década de 1970. Então B altimore e Temin, trabalhando separadamente um do outro, descobriram quase simultaneamente uma nova enzima. Eles a chamaram de polimerase de DNA dependente de RNA, ou transcriptase reversa.
A descoberta desta enzima confirmou incondicionalmente a existência de organismoscapaz de transcrição reversa. Ambos os cientistas receberam o Prêmio Nobel em 1975. Depois de algum tempo, Engelhardt propôs um nome alternativo para a transcriptase reversa - revertase.
Por que OT contradiz o dogma central da biologia molecular
O Dogma Central é o conceito de síntese sequencial de proteínas em qualquer célula viva. Tal esquema é construído a partir de três componentes: DNA, RNA e proteína.
De acordo com o dogma central, o RNA pode ser sintetizado exclusivamente no molde de DNA, e só então o RNA está envolvido na construção da estrutura primária da proteína.
Este dogma foi oficialmente aceito na comunidade científica antes da descoberta da transcrição reversa. Não surpreendentemente, a ideia de síntese reversa de DNA a partir de RNA tem sido rejeitada pelos cientistas. Somente em 1970, juntamente com a descoberta da reversetase, foi encerrado esse problema, que se refletiu no conceito de síntese proteica.
Reversão de retrovírus aviários
O processo de transcrição reversa não está completo sem a participação da polimerase de DNA dependente de RNA. A reversão do retrovírus aviário foi estudada ao máximo até o momento.
Apenas cerca de 40 moléculas desta proteína podem ser encontradas em um virião desta família de vírus. A proteína consiste em duas subunidades que estão em igual número e realizam três importantes funções de reversa:
1) Síntese de uma molécula de DNA tanto em um molde de RNA de fita simples/dupla e com base em ácidos desoxirribonucleicos.
2) Ativação de RNase H, cuja principal função éclivagem da molécula de RNA no complexo RNA-DNA.
3) Destruição de seções de moléculas de DNA para inserção no genoma eucariótico.
Mecanismo OT
As etapas de transcrição reversa podem variar dependendo da família de vírus, ou seja, no tipo de seus ácidos nucleicos.
Vamos primeiro considerar os vírus que usam reversetase. Aqui o processo OT é dividido em 3 etapas:
1) Síntese da fita de RNA “-” no molde “+” da fita de RNA.
2) Destruição da fita "+" de RNA no complexo RNA-DNA usando a enzima RNase H.
3) Síntese de uma molécula de DNA de fita dupla no molde "-" da cadeia de RNA.
Este método de reprodução de virions é típico para alguns vírus oncogênicos e o vírus da imunodeficiência humana (HIV).
Vale a pena notar que para a síntese de qualquer ácido nucleico em um molde de RNA, é necessária uma semente ou primer. Um primer é uma sequência curta de nucleotídeos que é complementar à extremidade 3' de uma molécula de RNA (modelo) e desempenha um papel importante no início da síntese.
Quando moléculas de DNA de fita dupla prontas de origem viral são integradas ao genoma eucariótico, o mecanismo usual de síntese de proteínas virion começa. Como resultado, a célula “capturada” pelo vírus torna-se uma fábrica de produção de virions, onde a proteína necessária e as moléculas de RNA são formadas em grandes quantidades.
Outra forma de transcrição reversa é baseada na ação da RNA sintetase. Esta proteína é ativa em paramixovírus, rabdovírus, picornovírus. Neste caso, não há terceira etapa do AT - a formaçãoDNA de fita dupla e, em vez disso, uma cadeia de RNA “+” é sintetizada no molde da cadeia de RNA viral “-” e vice-versa.
A repetição de tais ciclos leva tanto à replicação do genoma do vírus quanto à formação de mRNA capaz de síntese proteica nas condições de uma célula eucariótica infectada.
Significação biológica da transcrição reversa
O processo OT é de suma importância no ciclo de vida de muitos vírus (principalmente retrovírus como o HIV). O RNA de um virion que atacou uma célula eucariótica torna-se um molde para a síntese da primeira fita de DNA, na qual não é difícil completar a segunda fita.
O DNA de fita dupla obtido do vírus é integrado ao genoma eucariótico, o que leva à ativação dos processos de síntese proteica do virion e ao aparecimento de um grande número de suas cópias dentro da célula infectada. Esta é a principal missão da Revertase e OT em geral para o vírus.
A transcrição reversa também pode ocorrer em eucariotos no contexto de retrotransposons - elementos genéticos móveis que podem ser transportados independentemente de uma parte do genoma para outra. Tais elementos, segundo os cientistas, causaram a evolução dos organismos vivos.
Retrotransposon é um trecho de DNA eucariótico que codifica várias proteínas. Uma delas, a reversetase, está diretamente envolvida na deslocalização dessa retrotransporozona.
Uso de OT na ciência
Desde o momento em que a revertase foi isolada em sua forma pura, o processo de transcrição reversa foi adotado pelos biólogos. O estudo do mecanismo OT ainda ajuda a ler as sequências das proteínas humanas mais importantes.
O fato é que o genoma dos eucariotos, incluindo o nosso, contém regiões não informativas chamadas íntrons. Quando uma sequência de nucleotídeos é lida desse DNA e um RNA de fita simples é formado, este perde íntrons e codifica exclusivamente para proteínas. Se o DNA é sintetizado usando reversetase em um molde de RNA, então é fácil seqüenciá-lo e descobrir a ordem dos nucleotídeos.
O ácido nucleico que foi formado pela transcriptase reversa é chamado de cDNA. É frequentemente usado na reação em cadeia da polimerase (PCR) para aumentar artificialmente o número de cópias da cópia de cDNA resultante. Esse método é usado não apenas na ciência, mas também na medicina: assistentes de laboratório determinam a semelhança desse DNA com os genomas de várias bactérias ou vírus de uma biblioteca comum. A síntese de vetores e sua introdução em bactérias é uma das áreas promissoras da biologia. Se a RT for usada para formar o DNA de humanos e outros organismos sem íntrons, tais moléculas podem ser facilmente introduzidas no genoma bacteriano. Assim, estes últimos tornam-se fábricas para a produção de substâncias necessárias para uma pessoa (por exemplo, enzimas).
