Обратная транскрипция у вирусов примеры егэ

В презентации приведены примеры заданий линии 27 ЕГЭ на биосинтез белка с решениями.

Скачать:

Вложение	Размер
biologiya_liniya_27.pptx	74.29 КБ

Подписи к слайдам:

Решение задания ЕГЭ № 27 (биосинтез белка)

Пример 1 Участок молекулы ДНК , кодирующий часть полипептида, имеет следующее строение: АЦЦАТАГТЦЦААГГА. Определите последовательность аминокислот в полипептиде. Объясните последовательность действий

Решение: 1. Последовательность нуклеотидов иРНК комплементарна нуклеотидной последовательности матрицы ДНК. Фрагмент иРНК : УГГ УАУ Ц АГ ГУУ Ц Ц У 2 Используя таблицу генетического кода, определяем последовательность аминокислот в полипептиде. Фрагмент полипептида: три– тир– глу – вал – про

Пример 2 В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами АГЦ, ГЦЦ, УЦА, ЦГА, АГА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК , в которой закодирована информация о первичной структуре молекулы белка. Объясните последовательность действий . Для решения используйте таблицу генетического кода

Решение: 1. Антикодоны тРНК комлементарны кодонам иРНК . Находим нуклеотидную последовательность участка иРНК . Фрагмент иРНК : УЦГ ЦГГ АГУ ГЦУ УЦУ 2. По кодонам иРНК , пользуясь таблицей генетического кода, найдем последовательность аминокислот в фрагменте белка: Фрагмент белка: сер-арг-сер-ала-сер 3. По фрагменту иРНК найдем участок матричной (первой) цепи ДНК по принципу комплементарности . А по первой цепи найдем комплементарную ей вторую цепь ДНК. Фрагмент ДНК (1 цепь): АГЦ ГЦЦ ТЦА ЦГА АГА Фрагмент ДНК (2 цепь): ТЦГ ЦГГ АГТ ГЦТ ТЦТ

Пример 3: Последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка следующая: ФЕН-ГЛУ-АСП. Определите, пользуясь таблицей генетического кода, возможные триплеты ДНК , которые кодируют этот фрагмент белка. Ответ поясните , используя свои знания о свойствах генетического кода.

1. По таблице генетического кода находим кодоны иРНК соответствующих аминокислот. 2. По принципу комплементарности находим триплеты матричной цепи ДНК, соответствующие триплетам-кодонам иРНК Аминокислота - кодоны иРНК – триплеты ДНК Фен УУУ или УУЦ ААА или ААГ Глу ГАА или ГАГ ЦТТ или ЦТЦ Асп ГАУ или ГАЦ ЦТА или ЦТГ

Задачи на замену нуклеотидоа : (БЕЗ изменения структуры белка) Пример 4: Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов ТТТАГЦТГТЦГГААГ. В результате произошедшей мутации в третьем триплете третий нуклеотид был заменен на нуклеотид А. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК по исходному фрагменту цепи ДНК и измененному. Что произойдет с фрагментом полипептида и его свойствами после возникшей мутации ДНК? Дайте объяснение , используя свои знания о свойствах генетического кода.

Решение: Найдем последовательности нуклеотидов иРНК по исходному, а также по измененному фрагменту ДНК по принципу комплементарности 1. Исходный фрагмент ДНК: ТТТ АГЦ ТГ Т ЦГГ ААГ иРНК (по исходной ДНК): ААА УЦГ АЦА ГЦЦ УУЦ 2. Фрагмент ДНК после мутации: ТТТ АГЦ ТГ А ЦГГ ААГ иРНК (по измененной ДНК) : ААА УЦГ АЦ У ГЦЦ УУЦ 3. Фрагмент полипептида и его свойства не изменятся , т.к. триплеты АЦА и АЦУ кодируют одну аминокислоту ТРЕ – генетический код вырожден (избыточен).

На замену нуклеотида с изменением структуры белка (задание прошлых лет) Пример 5: Фрагмент цепи ДНК - ГАТ ГААТАГТГЦТТЦ. Перечислите не менее трех последствий , к которым может привести случайная замена седьмого нуклеотида тимина на цитозин . (моё прим. - таблица генетического кода НЕ прилагается)

Решение: Исходная ДНК: ГАТ ГАА Т АГ ТГЦ ТТЦ ДНК после мутации: ГАТ ГАА Ц АГ ТГЦ ТТЦ 1. произойдет генная мутации: изменится кодон третьей аминокислоты (вместо АУЦ станет ГУЦ ) 2. В белке произойдет замена одной аминокислоты на другую, в результате изменится первичная структура белка. 3. Могут измениться все остальные структуры белка, что повлечет появление у организма нового признака. Если изменяется первый или второй нуклеотид в триплете – аминокислота ИЗМЕНИТСЯ. А если изменяется третий нуклеотид, то НЕ ВСЕГДА изменяется аминокислота, т.к. генетический код вырожден (избыточен).

На сдвиг рамки считывания Пример 6: Участок молекулы ДНК имеет следующий состав АТАЦТТАТЦАЦГАА. Перечислите не менее трех последствий, к которым может привести случайный повтор пятого нуклеотида.(таблица НЕ прилагается)

Решение: Исходный фрагмент ДНК: АТА Ц Т Т АТЦ АЦГ АА Фрагмент ДНК после мутации: АТА Ц ТТ ТАТ ЦАЦ ГАА 1) произойдет сдвиг рамки считывания. 2) в белке может произойти замена одной аминокислоты на другую, что приведет к изменению первичной структуры белка. 3) изменение первичной структуры повлечет за собой изменение других структур, а значит и свойств и функций белка, следовательно у организма может появиться новый признак.

Изменение последовательности триплетов Пример 7: Фрагмент одной из цепей ДНК имеет последовательность ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ. Определите последовательность нуклеотидов иРНК и порядок расположения аминокислот в соответствующем полипептиде . Как изменится последовательность аминокислот, если второй и четвертый триплеты поменять местами?

Решение: 1) Фрагмент цепи ДНК: ТЦА ГГА ТГЦ АТГ АЦЦ Последовательность нуклеотидов иРНК : АГУ ЦЦУ АЦГ УАЦ УГГ 2) Последовательность аминокислот в полипептиде: сер- про -тре- тир -три 3)изменение поледовательности триплетов приведет к изменению последовательности аминокислот в белке, она станет такой: сер- тир -тре- про -три (на втором место будет стоять –тир-, а на четвертом –про-)

На центральную петлю тРНК Пример 8: Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК , на которой синтезируется участок центральной петли тРНК , имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК , который иснтезируется на данном фрагменте, третий триплет которого соответствует антикодону тРНК . Какие аминокислоты будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка? Дайте объяснение, используя свои знания о свойствах генетического кода. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка тРНК . Фрагмент ДНК: АЦГ ЦЦГ ЦТА АТТ ЦАТ Участок тРНК : УГЦ ГГЦ ГАУ УАА ГУА 2 антикодон ГАУ (третий триплет) по принципу комплементарности соответствует кодону ЦУА на иРНК . 3) по таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота Лей; 4) код однозначен – каждый кодон соответствует только одной аминокислоте, следовательно, данная тРНК с антикодоном ГАУ будет переносить только одну аминокислоту Лей.

На РНК вируса Пример 9: Некоторые вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив клетку, встраивают ДНК копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку проникла вирусная РНК следующей последовательности: ЦГААГЦГУУГЦГ. Определите, какова будет последовательность вирусного белка , если матрицей для синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК . Ответ поясните. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

Решение: 1) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК, служащего матрицей для синтеза иРНК : ГЦТ ТЦГ ЦАА ЦГЦ 2) по принципу комплементарности находим нуклеотидную последовательность иРНК : ЦГА АГЦ ГУУ ГЦГ 3) по таблице генетического кода определяем последовательность вирусного белка: арг-сер-вал-ала

Обратная транскрипция Транскрипция ДНК → РНК → белок Обратная транскрипция иРНК Белок

Пример 10 Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК , фрагмент которой имеет следующую нуклеотидную последовательность: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ. Определите нуклеотидную последовательность двухцепочной молекулы ДНК , которая синтезируется в результате обратной транскрипции на РНК вируса. Установите последовательность нуклеотидов в иРНК , и аминокислот во фрагменте белка вируса, которая закодирована в найденном фрагменте молекулы. . Матрицей для синтеза иРНК , на которой идет синтез вирусного белка, является вторая цепь двухцепочной ДНК. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

Решение: РНК вируса: ГУГ ААА ГАУ ЦАУ ГЦГ УГГ Обратная транскрипция: ДНК (1 цепь): ЦАЦ ТТТ ЦТА ГТА ЦГЦ АЦЦ ДНК (2 цепь): ГТГ ААА ГАТ ЦАТ ГЦГ ТГГ иРНК : ЦАЦ УУУ ЦУА ГУА ЦГЦ АЦЦ Фрагмент белка: гис-фен-лей-вал-арг-тре 1. С молекулы вирусной РНК в процессе обратной транскрипции синтезируется первая цепь ДНК по принципу комлементарности . 2. С первой цепи ДНК по принципу комплементарности находми вторую цепь ДНК. 3. Со второй молекулы ДНК по принципу комлементарности строим иРНК . 4. Пользуясь таблицей генетического кода, по кодонам иРНК находим последовательность аминокислот. . ВАЖНО: обратить внимание, с какой молекулы идет синтез иРНК : с первой, или со второй.

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице - нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом "генетическом языке". Скоро вы все поймете - мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится - перерисуйте его себе :)

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) - АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать - УАГ (кодон иРНК). тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись - АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) - в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А - У, Т - А, Г - Ц, Ц - Г (загляните в "генетический словарик" выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК - промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК - терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень - в процесс трансляции. Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

Информационная РНК (иРНК, синоним - мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц. Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту, соответствующую кодону АУГ - метионин.

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) - У (урацил), Г (гуанин) - Ц (цитозин). В основе этого также лежит принцип комплементарности.

Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу иРНК одновременно - образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.

Синтез белка - полипептидной цепи из аминокислот - в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция - завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй - из верхнего горизонтального, третий - из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота :)

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА - Глн. Попробуйте самостоятельно найти аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота - Ала, ААА - Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк: это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

"Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода"

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

"Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК"

Обратите свое пристальное внимание на слова "Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК ". Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу синтезировать с ДНК фрагмент тРНК - другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой - мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК - АЦГ соответствует антикодону тРНК - УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК, так что переведем антикодон тРНК - УГЦ в кодон иРНК - АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ - Тре.

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК - так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%. 100% - (20%+20%) = 60% - столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? :)

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

После проникновения происходит обратная транскрипция. Синтезированная ДНК – копия генома встраивается в геном клетки и использует клеточный механизм транскрипции

Параретровирусы

В капсиде в качестве генома содержится ДНК. ДНК сразу идет в ядро.Встраивается в геном клетки-хозяина с помощью интегразы.

ДНК - вирусы

Особенности жизненного цикла:

Ø Репликация и транскрипция происходит в ядре клетки (искл.: поксовирусы, асфавирусы).

Ø Для репликации вирусной ДНК необходима Ori – короткая нуклеотидная последовательность в вирусном геноме, к которым специфично присоединяются клеточные и вирусные факторы.

Ø Проблема недорепликации 5’-концов.

2) Схема Кернса

3) Схема катящегося кольца

4) Самозатравочный механизм

Геном представлен линейной онДНК, оба конца которой имеют самокомплементарные (инвертированные повторы) последовательности, формирующие шпилечные структуры. Репликация вирусной ДНК осуществляется по самозатравочному механизму и осуществляется полимеразным комплексом из числа ранних вирусных белков: сначала эндонуклеаза вносит разрыв в цепи ДНК вблизи инвертированногоповтора с одного или двух концов (см. рис. 1.2.20, Б), после чего происходит расплетение концевой шпильки и синтез комплементарной цепи с использованием двунитевого участка в качестве затравки (см. рис. 1.2.20, В,Г), затем – отжиг концевых инвертированных повторов, которые используются как затравки для последующего синтеза комплементарных цепей ДНК (см. рис. 1.2.20, Д), в результате чего формируется либо пара геномов, либо конкатемер удвоенного вирусного генома (см. рис. 1.2.20, Е), и в последнем случае необходимо внесение двух эндонуклеазных разрывов цепи (см. рис. 1.2.20, Ж).

5) Аденовирусная репликация с использованием белков затравки

3. Тактические приёмы, используемые вирусами при экспрессии геномов. Сдвиг рамки считывания, протечка при сканировании, внутренняя инициация трансляции, рибосомальный пропуск, рибосомальное шунтирование.

Сдвиг рамки считывания – тип мутации в последовательности ДНК, для которого характерна вставка или делеция нуклеотидов, в количестве не кратном трем. В результате происходит сдвиг рамки считывания при транскрипции мРНК. Следует отличать от однонуклеотидного полиморфизма, в котором происходит замена одного нуклеотида на другой.

Внутренняя инициация трансляции (IRES) – регуляторная структура мРНК, задействованная в КЭП-независимом механизме инициации трансляции, при котором рибосома связывается с мРНК в области этой структуры в 5'-НТО недалеко от сайта инициации трансляции.

Рибосомальный пропуск – если после глицина идет пролин, происходит разрыв полипептида, при том что синтез полипептида продолжается. Вследствие этого, будут нарушены функции белка (или они изменятся) или же он станет нефункциональным.

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 599 ;

Современная биология поражает уникальностью и масштабностью своих открытий. На сегодняшний день эта наука изучает большинство процессов, которые скрыты от нашего глаза. Этим примечательна молекулярная биология – одно из перспективных направлений, которое помогает разгадать сложнейшие тайны живой материи.

Что такое обратная транскрипция

Обратная транскрипция (сокращенно ОТ) – это специфический процесс, характерный для большинства РНК-содержащих вирусов. Главной его особенностью является синтез двухцепочечной молекулы ДНК на базе матричной РНК.

ОТ не характерна для бактерий или эукариотических организмов. Главный фермент – ревертаза – играет ключевую роль в синтезе двухцепочечной ДНК.

История открытия

Идея о том, что молекула рибонуклеиновой кислоты может стать матрицей для синтеза ДНК, считалась абсурдной вплоть до 1970 года. Тогда Балтимор и Темин, работавшие отдельно друг от друга, почти одновременно открыли новый фермент. Они назвали его РНК-зависимая-ДНК-полимераза, или обратная транскриптаза.

Открытие данного энзима безоговорочно подтвердило существование организмов, способных к обратной транскрипции. В 1975 году оба ученых получили Нобелевскую премию. Через некоторое время Энгельгардт предложил альтернативное название обратной транскриптазы – ревертаза.

Почему ОТ противоречит центральной догме молекулярной биологии

Центральная догма – это принципиальная схема последовательного синтеза белка в любой живой клетке. Такая схема строится из трех компонентов: ДНК, РНК и белок.

Согласно центральной догме, РНК может синтезироваться исключительно на матрице ДНК, а уж затем РНК участвует в построении первичной структуры белка.

Эта догма была официально принята в научном обществе раньше, чем произошло открытие обратной транскрипции. Неудивительно, что идея об обратном синтезе ДНК из РНК долго отвергалась учеными. Лишь в 1970 году вместе с открытием ревертазы была поставлена точка в этом вопросе, что отразилось и в принципиальной схеме синтеза белка.

Ревертаза ретровирусов птиц

Процесс обратной транскрипции не обходится без участия РНК-зависимой-ДНК-полимеразы. Максимально изучена на сегодняшний день ревертаза ретровируса птиц.

Всего около 40 молекул этого белка можно обнаружить в одном вирионе этого семейства вирусов. Протеин состоит из двух субъединиц, которые находятся в равном количестве и выполняют три важнейшие функции ревертазы:

1) Синтез молекулы ДНК как на матрице одноцепочечной/двухцепочечной РНК, так и на основе дезоксирибонуклеиновых кислот.

2) Активация РНКазы Н, главная роль которой заключается в расщеплении молекулы РНК в комплексе РНК-ДНК.

3) Разрушение участков молекул ДНК для встраивания в геном эукариот.

Механизм ОТ

Этапы обратной транскрипции могут варьироваться в зависимости от семейства вирусов, т.е. от вида их нуклеиновых кислот.

Рассмотрим сначала те вирусы, которые используют ревертазу. Здесь процесс ОТ делится на 3 этапа:

Такой способ размножения вирионов характерен для некоторых онкогенных вирусов и вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

Стоит отметить, что для синтеза любой нуклеиновой кислоты на матрице РНК нужна затравка, или праймер. Праймер представляет собой короткую последовательность нуклеотидов, комплементарную 3’-концу молекулы РНК (матрицы) и играющую важную роль в инициации синтеза.

Когда готовые двухцепочечные молекулы ДНК вирусного происхождения встраиваются в геном эукариот, запускается обычный механизм синтеза белков вириона. В итоге “захваченная” вирусом клетка становится фабрикой по производству вирионов, где в больших количествах образуются необходимые молекулы протеинов и РНК.

Повторение таких циклов приводит как к репликации генома вируса, так и к образованию мРНК, способных к синтезу белка в условиях зараженной эукариотической клетки.

Биологическое значение обратной транскрипции

Процесс ОТ имеет первостепенное значение в жизненном цикле многих вирусов (в первую очередь ретровирусов, таких как ВИЧ). РНК вириона, атаковавшего клетку эукариот, становится матрицей для синтеза первой цепочки ДНК, на которой не трудно достроить и вторую цепь.

Полученная двухцепочечная ДНК вируса встраивается в геном эукариот, что приводит к активации процессов синтеза белков вириона и появлению большого количество его копий внутри зараженной клетки. В этом и заключается основная миссия ревертазы и ОТ в целом для вируса.

У эукариот также может встречаться обратная транскрипция в контексте ретротранспозонов – мобильных генетических элементов, способных самостоятельно транспортироваться из одного участка генома в другой. Такие элементы, как считают ученые, стали причиной эволюции живых организмов.

Ретротранспозон представляет собой участок ДНК эукариот, который кодирует несколько белков. Один из них, ревертаза, принимает непосредственное участие в делокализации такого ретротраспорозона.

Использование ОТ в науке

С того момента, как удалось выделить ревертазу в чистом виде, процесс обратной транскрипции взяли на вооружение ученые-биологи. Изучение механизма ОТ и сейчас помогает прочитать последовательности важнейших белков человека.

Дело в том, что геном эукариот, в том числе и нас, содержит неинформативные участки под названием интроны. Когда с такой ДНК считывается последовательность нуклеотидов и формируется одноцепочечная РНК, последняя лишается интронов и кодирует исключительно белок. Если с помощью ревертазы на матрице РНК синтезировать ДНК, ее легко потом секвенировать и узнать порядок нуклеотидов.

Нуклеиновая кислота, которая была образована с помощью обратной транскриптазы, называется кДНК. Она часто используется в полимеразной цепной реакции (ПЦР), чтобы искусственно увеличить число копий полученной копии кДНК. Данный метод используется не только в науке, но и в медицине: лаборанты определяют сходство такой ДНК с геномами различных бактерий или вирусов из общей библиотеки. Синтез векторов и внедрение их в бактерии – одно из перспективных направлений биологии. Если с помощью ОТ формировать ДНК человека и других организмов без интронов, такие молекулы легко внедряются в геном бактерий. Так последние становятся фабриками по производству необходимых человеку веществ (например, ферментов).

Читайте также: