Biolodzy nazywają termin „transkrypcja” specjalnym etapem implementacji informacji dziedzicznej, której istota sprowadza się do odczytania genu i zbudowania do niego komplementarnej cząsteczki RNA. Jest to proces enzymatyczny, w którym działa wiele enzymów i mediatorów biologicznych. Jednocześnie większość biokatalizatorów i mechanizmów odpowiedzialnych za wyzwalanie replikacji genów jest nieznana nauce. Z tego powodu, dopiero okaże się szczegółowo, czym jest transkrypcja (w biologii) na poziomie molekularnym.
Realizacja informacji genetycznej
Współczesna nauka o transkrypcji, a także o przekazywaniu informacji dziedzicznych, nie jest dobrze znana. Większość danych można przedstawić jako sekwencję etapów biosyntezy białka, co pozwala zrozumieć mechanizm ekspresji genów. Synteza białek jest przykładem realizacji informacji dziedzicznej, ponieważ gen koduje jego pierwotną strukturę. Dla każdej cząsteczki białka, czy to białka strukturalnego, enzymu, czymediatorem, w genach zarejestrowana jest pierwszorzędowa sekwencja aminokwasów.
Gdy tylko zajdzie potrzeba ponownej syntezy tego białka, rozpoczyna się proces „rozpakowywania” DNA i odczytywania kodu pożądanego genu, po którym następuje transkrypcja. W biologii schemat takiego procesu składa się z trzech, umownie identyfikowanych etapów: inicjacji, elongacji, zakończenia. Jednak nie jest jeszcze możliwe stworzenie konkretnych warunków do ich obserwacji podczas eksperymentu. Są to raczej obliczenia teoretyczne, które pozwalają lepiej zrozumieć udział układów enzymatycznych w procesie kopiowania genu na matrycę RNA. W swej istocie transkrypcja jest procesem syntezy RNA w oparciu o zdespiralizowaną 3'-5'-nić DNA.
Mechanizm transkrypcji
Możesz zrozumieć, czym jest transkrypcja (w biologii) na przykładzie syntezy informacyjnego RNA. Rozpoczyna się „uwolnieniem” genu i wyrównaniem struktury cząsteczki DNA. W jądrze informacje dziedziczne znajdują się w skondensowanej chromatynie, a nieaktywne geny są kompaktowo „upakowane” w heterochromatynę. Jego despiralizacja umożliwia uwolnienie pożądanego genu i udostępnienie go do odczytu. Następnie specjalny enzym dzieli dwuniciowy DNA na dwie nici, po czym odczytywany jest kod nici 3'-5'.
Od tego momentu zaczyna się sam okres transkrypcji. Enzym DNA-zależna polimeraza RNA łączy wyjściową część RNA, do której przyłączony jest pierwszy nukleotyd, komplementarnie3'-5'-nić regionu matrycy DNA. Następnie buduje się łańcuch RNA, który trwa kilka godzin.
Wagę transkrypcji w biologii przypisuje się nie tylko inicjacji syntezy RNA, ale także jej zakończeniu. Dotarcie do regionu terminującego genu inicjuje terminację odczytu i prowadzi do uruchomienia procesu enzymatycznego mającego na celu oderwanie zależnej od DNA polimerazy RNA z cząsteczki DNA. Podzielony odcinek DNA jest całkowicie „usieciowany”. Również podczas transkrypcji działają układy enzymatyczne, które „sprawdzają” poprawność dodawania nukleotydów i w przypadku wystąpienia błędów syntezy „wycinają” niepotrzebne sekcje. Zrozumienie tych procesów pozwala nam odpowiedzieć na pytanie, czym jest transkrypcja w biologii i jak jest regulowana.
Odwrotna transkrypcja
Transkrypcja jest podstawowym uniwersalnym mechanizmem przenoszenia informacji genetycznej od jednego nosiciela do drugiego, na przykład z DNA na RNA, jak to ma miejsce w komórkach eukariotycznych. Jednak w przypadku niektórych wirusów sekwencja przenoszenia genów może być odwrócona, to znaczy, że kod jest odczytywany z RNA do jednoniciowego DNA. Proces ten nazywa się odwrotną transkrypcją i należy rozważyć przykład zakażenia człowieka wirusem HIV.
Schemat odwrotnej transkrypcji wygląda jak wprowadzenie wirusa do komórki, a następnie synteza DNA na podstawie jego RNA przy użyciu enzymu odwrotnej transkryptazy (rewertazy). Ten biokatalizator jest początkowo obecny w organizmie wirusa i jest aktywowany, gdy dostanie się do komórki ludzkiej. To pozwalazsyntetyzować cząsteczkę DNA z informacją genetyczną z nukleotydów znajdujących się w ludzkich komórkach. Wynikiem pomyślnego zakończenia odwrotnej transkrypcji jest wytworzenie cząsteczki DNA, która poprzez enzym integrazę jest wprowadzana do DNA komórki i modyfikuje go.
Znaczenie transkrypcji w inżynierii genetycznej
Co ważne, ten rodzaj odwrotnej transkrypcji w biologii prowadzi do trzech ważnych wniosków. Po pierwsze, wirusy w kategoriach filogenetycznych powinny być znacznie wyższe niż jednokomórkowe formy życia. Po drugie, jest to dowód na możliwość istnienia stabilnej jednoniciowej cząsteczki DNA. Wcześniej istniała opinia, że DNA może istnieć przez długi czas tylko w postaci dwuniciowej struktury.
Po trzecie, ponieważ wirus nie musi mieć informacji o swoich genach, aby zintegrować się z DNA komórek zakażonego organizmu, można udowodnić, że dowolne geny można wprowadzić do kodu genetycznego dowolnego organizmu przez odwrócenie transkrypcja. Ten ostatni wniosek pozwala na wykorzystanie wirusów jako narzędzi inżynierii genetycznej do osadzania pewnych genów w genomie bakterii.
