ביולוגים מכנים את המונח "תעתיק" שלב מיוחד ביישום מידע תורשתי, שמהותו מסתכמת בקריאת גן ובניית מולקולת RNA משלימה אליו. זהו תהליך אנזימטי הכולל עבודה של אנזימים רבים ומתווכים ביולוגיים. יחד עם זאת, רוב הביולוגים והמנגנונים האחראים להפעלת שכפול גנים אינם ידועים למדע. בשל כך, נותר לראות בפירוט מהו שעתוק (בביולוגיה) ברמה המולקולרית.
מימוש מידע גנטי
מדע מודרני על תמלול, כמו גם על העברת מידע תורשתי, אינו ידוע היטב. ניתן לייצג את רוב הנתונים כרצף של שלבים בביוסינתזה של חלבונים, המאפשר להבין את מנגנון ביטוי הגנים. סינתזת חלבון היא דוגמה למימוש מידע תורשתי, שכן הגן מקודד את המבנה העיקרי שלו. עבור כל מולקולת חלבון, בין אם זה חלבון מבני, אנזים אומתווך, יש רצף חומצות אמינו ראשוני מתועד בגנים.
ברגע שעולה הצורך לסנתז מחדש את החלבון הזה, מתחיל תהליך "פירוק" ה-DNA וקריאת הקוד של הגן הרצוי, ולאחריו מתרחש שעתוק. בביולוגיה, הסכימה של תהליך כזה מורכבת משלושה שלבים, המזוהים באופן קונבנציונלי: התחלה, התארכות, סיום. עם זאת, עדיין לא ניתן ליצור תנאים ספציפיים להתבוננות בהם במהלך הניסוי. מדובר בחישובים תיאורטיים למדי המאפשרים הבנה טובה יותר של השתתפותן של מערכות אנזימים בתהליך העתקת גן לתבנית RNA. בבסיסו, שעתוק הוא תהליך סינתזת RNA המבוסס על גדיל ה-3'-5' המנוזל של ה-DNA.
מנגנון תמלול
אתה יכול להבין מהו שעתוק (בביולוגיה) באמצעות הדוגמה של סינתזת RNA שליח. זה מתחיל ב"שחרור" הגן ויישור המבנה של מולקולת ה-DNA. בגרעין, מידע תורשתי ממוקם בכרומטין מעובה, וגנים לא פעילים "נארוזים" בצורה קומפקטית לתוך הטרוכרומטין. הדה-פירליזציה שלו מאפשרת לשחרר את הגן הרצוי ולהפוך אותו לזמין לקריאה. לאחר מכן אנזים מיוחד מחלק את ה-DNA הדו-גדילי לשני גדילים, ולאחר מכן נקרא קוד גדיל 3'-5'.
מרגע זה, תקופת התמלול עצמה מתחילה. האנזים RNA פולימראז תלוי DNA מרכיב את החלק ההתחלתי של RNA, אליו מחובר הנוקלאוטיד הראשון, משליםגדיל 3'-5' של אזור תבנית ה-DNA. יתרה מכך, שרשרת ה-RNA מצטברת, שנמשכת מספר שעות.
חשיבות התעתיק בביולוגיה נתונה לא רק לתחילת סינתזת RNA, אלא גם לסיומו. הגעה לאזור המסיים של הגן מתחילה את הפסקת הקריאה ומובילה לתחילתו של תהליך אנזימטי שמטרתו ניתוק ה-RNA פולימראז התלוי ב-DNA ממולקולת ה-DNA. הקטע המחולק של ה-DNA הוא "מוצלב" לחלוטין. כמו כן, במהלך השעתוק פועלות מערכות אנזימים ה"בודקות" את נכונות התוספת של נוקלאוטידים, ואם מתרחשות שגיאות סינתזה, "חותכות" קטעים מיותרים. הבנת התהליכים הללו מאפשרת לנו לענות על השאלה מהו תעתיק בביולוגיה וכיצד הוא מוסדר.
תמלול הפוך
תעתיק הוא המנגנון האוניברסלי הבסיסי להעברת מידע גנטי מנשא אחד למשנהו, למשל מ-DNA ל-RNA, כפי שהוא קורה בתאים איקריוטיים. עם זאת, בנגיפים מסוימים, רצף העברת הגנים עשוי להיות הפוך, כלומר, הקוד נקרא מ-RNA ל-DNA חד-גדילי. תהליך זה נקרא שעתוק הפוך, וראוי לשקול את הדוגמה של הדבקה אנושית בנגיף ה-HIV.
סכימת השעתוק ההפוכה נראית כמו החדרת נגיף לתא והסינתזה של DNA לאחר מכן על בסיס ה-RNA שלו באמצעות האנזים הפוך טרנסקריפטאז (revertase). ביו-קטליזטור זה קיים בתחילה בגוף הנגיפי ומופעל כאשר הוא חודר לתא האנושי. זה מאפשרלסנתז מולקולת DNA עם מידע גנטי מנוקלאוטידים המצויים בתאים אנושיים. התוצאה של ההשלמה המוצלחת של שעתוק הפוך היא ייצור מולקולת DNA, אשר באמצעות האנזים אינטגראז, מוכנסת ל-DNA של התא ומשנה אותו.
חשיבות התעתיק בהנדסה גנטית
חשוב, סוג זה של תעתיק הפוך בביולוגיה מוביל לשלוש מסקנות חשובות. ראשית, שווירוסים במונחים פילוגנטיים צריכים להיות גבוהים בהרבה מצורות חיים חד-תאיות. שנית, זוהי הוכחה לאפשרות קיומה של מולקולת DNA חד-גדילית יציבה. בעבר הייתה דעה ש-DNA יכול להתקיים לאורך זמן רק בצורה של מבנה דו-גדילי.
שלישית, מכיוון שלנגיף אין צורך במידע על הגנים שלו כדי להשתלב ב-DNA של תאים של אורגניזם נגוע, ניתן להוכיח שניתן להחדיר גנים שרירותיים לקוד הגנטי של כל אורגניזם על ידי הפוך תַעֲתוּק. המסקנה האחרונה מאפשרת שימוש בווירוסים ככלי הנדסה גנטית להטמעת גנים מסוימים בגנום של חיידקים.
