Οι βιολόγοι αποκαλούν τον όρο "μεταγραφή" ένα ειδικό στάδιο της εφαρμογής κληρονομικών πληροφοριών, η ουσία του οποίου έγκειται στην ανάγνωση ενός γονιδίου και στην κατασκευή ενός συμπληρωματικού μορίου RNA σε αυτό. Είναι μια ενζυματική διαδικασία που περιλαμβάνει το έργο πολλών ενζύμων και βιολογικών μεσολαβητών. Ταυτόχρονα, οι περισσότεροι βιοκαταλύτες και μηχανισμοί που ευθύνονται για την ενεργοποίηση της γονιδιακής αντιγραφής είναι άγνωστοι στην επιστήμη. Εξαιτίας αυτού, μένει να φανεί λεπτομερώς τι είναι η μεταγραφή (στη βιολογία) σε μοριακό επίπεδο.
Πραγματοποίηση γενετικών πληροφοριών
Η σύγχρονη επιστήμη για τη μεταγραφή, καθώς και για τη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών, δεν είναι πολύ γνωστή. Τα περισσότερα από τα δεδομένα μπορούν να αναπαρασταθούν ως μια ακολουθία βημάτων στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, γεγονός που καθιστά δυνατή την κατανόηση του μηχανισμού γονιδιακής έκφρασης. Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι ένα παράδειγμα υλοποίησης κληρονομικών πληροφοριών, αφού το γονίδιο κωδικοποιεί την πρωταρχική του δομή. Για κάθε μόριο πρωτεΐνης, είτε πρόκειται για δομική πρωτεΐνη, είτε για ένζυμο ήμεσολαβητής, υπάρχει μια πρωτογενής αλληλουχία αμινοξέων που καταγράφεται στα γονίδια.
Μόλις καταστεί απαραίτητη η επανασύνθεση αυτής της πρωτεΐνης, ξεκινά η διαδικασία «ξεσυσκευασίας» του DNA και ανάγνωσης του κώδικα του επιθυμητού γονιδίου, μετά την οποία λαμβάνει χώρα η μεταγραφή. Στη βιολογία, το σχήμα μιας τέτοιας διαδικασίας αποτελείται από τρία στάδια, τα οποία προσδιορίζονται συμβατικά: έναρξη, επιμήκυνση, τερματισμός. Ωστόσο, δεν είναι ακόμη δυνατό να δημιουργηθούν συγκεκριμένες συνθήκες για την παρατήρησή τους κατά τη διάρκεια του πειράματος. Αυτοί είναι μάλλον θεωρητικοί υπολογισμοί που επιτρέπουν την καλύτερη κατανόηση της συμμετοχής των ενζυμικών συστημάτων στη διαδικασία αντιγραφής ενός γονιδίου σε ένα πρότυπο RNA. Στον πυρήνα της, η μεταγραφή είναι η διαδικασία σύνθεσης RNA που βασίζεται στον αποσπείρα 3'-5'-κλώνο του DNA.
Μηχανισμός μεταγραφής
Μπορείτε να καταλάβετε τι είναι η μεταγραφή (στη βιολογία) χρησιμοποιώντας το παράδειγμα σύνθεσης αγγελιαφόρου RNA. Ξεκινά με την «απελευθέρωση» του γονιδίου και την ευθυγράμμιση της δομής του μορίου του DNA. Στον πυρήνα, οι κληρονομικές πληροφορίες βρίσκονται στη συμπυκνωμένη χρωματίνη και τα ανενεργά γονίδια «συσκευάζονται» συμπαγώς στην ετεροχρωματίνη. Η απελευθέρωσή του επιτρέπει στο επιθυμητό γονίδιο να απελευθερωθεί και να διατεθεί για ανάγνωση. Στη συνέχεια, ένα ειδικό ένζυμο διαιρεί το δίκλωνο DNA σε δύο κλώνους και μετά διαβάζεται ο κωδικός 3'-5' κλώνου.
Από αυτή τη στιγμή ξεκινά η ίδια η μεταγραφική περίοδος. Το ένζυμο εξαρτώμενο από το DNA RNA πολυμεράση συναρμολογεί το αρχικό τμήμα του RNA, στο οποίο είναι συνδεδεμένο το πρώτο νουκλεοτίδιο, συμπληρωματικά3'-5'-κλώνος της περιοχής μήτρας DNA. Επιπλέον, η αλυσίδα RNA συσσωρεύεται, η οποία διαρκεί για αρκετές ώρες.
Η σημασία της μεταγραφής στη βιολογία δεν δίνεται μόνο στην έναρξη της σύνθεσης RNA, αλλά και στον τερματισμό της. Η επίτευξη της τερματικής περιοχής του γονιδίου ξεκινά τον τερματισμό της ανάγνωσης και οδηγεί στην έναρξη μιας ενζυματικής διαδικασίας που στοχεύει στην αποκόλληση της εξαρτώμενης από το DNA πολυμεράσης RNA από το μόριο DNA. Το διαιρεμένο τμήμα του DNA είναι εντελώς «διασταυρωμένο». Επίσης, κατά τη μεταγραφή, λειτουργούν ενζυμικά συστήματα που «ελέγχουν» την ορθότητα της προσθήκης νουκλεοτιδίων και, εάν προκύψουν σφάλματα σύνθεσης, «κόβουν» περιττές τομές. Η κατανόηση αυτών των διαδικασιών μας επιτρέπει να απαντήσουμε στο ερώτημα τι είναι η μεταγραφή στη βιολογία και πώς ρυθμίζεται.
Αντίστροφη μεταγραφή
Η μεταγραφή είναι ο βασικός παγκόσμιος μηχανισμός για τη μεταφορά γενετικής πληροφορίας από τον έναν φορέα στον άλλο, για παράδειγμα από το DNA στο RNA, όπως συμβαίνει στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Ωστόσο, σε ορισμένους ιούς, η αλληλουχία μεταφοράς γονιδίου μπορεί να αντιστραφεί, δηλαδή, ο κώδικας διαβάζεται από το RNA στο μονόκλωνο DNA. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφή και είναι σκόπιμο να εξετάσουμε το παράδειγμα της ανθρώπινης μόλυνσης με τον ιό HIV.
Το σχήμα αντίστροφης μεταγραφής μοιάζει με την εισαγωγή ενός ιού στο κύτταρο και την επακόλουθη σύνθεση DNA με βάση το RNA του χρησιμοποιώντας το ένζυμο ανάστροφη μεταγραφάση (ρεβερτάση). Αυτός ο βιοκαταλύτης βρίσκεται αρχικά στο σώμα του ιού και ενεργοποιείται όταν εισέρχεται στο ανθρώπινο κύτταρο. Επιτρέπεισυνθέτουν ένα μόριο DNA με γενετικές πληροφορίες από νουκλεοτίδια που βρίσκονται στα ανθρώπινα κύτταρα. Το αποτέλεσμα της επιτυχούς ολοκλήρωσης της αντίστροφης μεταγραφής είναι η παραγωγή ενός μορίου DNA, το οποίο μέσω του ενζύμου ιντεγκράσης εισάγεται στο DNA του κυττάρου και το τροποποιεί.
Η σημασία της μεταγραφής στη γενετική μηχανική
Σημαντικό, αυτού του είδους η αντίστροφη μεταγραφή στη βιολογία οδηγεί σε τρία σημαντικά συμπεράσματα. Πρώτον, ότι οι ιοί από φυλογενετική άποψη θα πρέπει να είναι πολύ υψηλότεροι από τις μονοκύτταρες μορφές ζωής. Δεύτερον, αυτό αποτελεί απόδειξη της πιθανότητας ύπαρξης ενός σταθερού μονόκλωνου μορίου DNA. Παλαιότερα, υπήρχε η άποψη ότι το DNA μπορεί να υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο με τη μορφή μιας δομής διπλής έλικας.
Τρίτον, δεδομένου ότι ένας ιός δεν χρειάζεται να έχει πληροφορίες για τα γονίδιά του για να ενσωματωθεί στο DNA των κυττάρων ενός μολυσμένου οργανισμού, μπορεί να αποδειχθεί ότι αυθαίρετα γονίδια μπορούν να εισαχθούν στον γενετικό κώδικα οποιουδήποτε οργανισμού αντίστροφα μεταγραφή. Το τελευταίο συμπέρασμα επιτρέπει τη χρήση ιών ως εργαλεία γενετικής μηχανικής για την ενσωμάτωση ορισμένων γονιδίων στο γονιδίωμα των βακτηρίων.
