אנזים מתעתק במהופך (Reverse Transcriptase, להלן RT) הוא אנזים שמקורו בנגיפים, ובעיקר נגיפים מקבוצת הרטרווירוסים.
לאנזים זה שלוש פעולות ביוכימיות:
1. בניית גדיל DNA משלים על תבנית של RNA חד-גדילי;
2.פירוק של גדיל RNA שנמצא במבנה דו-גדילי עם גדיל DNA;
3. בניית גדיל DNA משלים על תבנית של DNA חד-גדילי.
התוצאה של שלוש פעולות אלו, הבאות ברצף אחת אחרי השנייה, היא העתקה של החומר הגנטי של הנגיף – RNA חד-גדילי – לתוך מולקולת DNA דו-גדילי.
מולקולת ה-DNA הדו-גדילית יכולה לחדור לתוך הגנום של התא המאכסן, ומשם לעבור תהליכים תאיים כמו שכפול ותעתוק.
הנגיף המפורסם ביותר הנושא את האנזים RT הוא נגיף ה-HIV הגורם לתסמונת הכשל החיסוני הנרכש (AIDS) בבני אדם. התאים המאכסנים העיקריים של הנגיף הם לימפוציטים מסוג T מסייעים (T Helpers).
האנזים התגלה בשנת 1970 על ידי הווארד טמין מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון ברטרווירוס התוקף עכברים. באותה שנה האנזים בודד באוניברסיטת MIT מרטרווירוס אחר התוקף תרנגולות, על ידי דיויד בולטימור. השניים קיבלו פרס נובל לרפואה על הישגיהם בשנת 1975.
הקהילה המדעית התקשתה תחילה לקבל את הרעיון של תעתוק במהופך שכן הוא סותר את הדוֹגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית, הגורסת כי DNA מתועתק ל-RNA המתורגם לחלבון. אולם לאור ההוכחות שהציגו טמין ובולטימור, האפשרות של תעתוק במהופך לבסוף התקבלה.
מבנה ותפקוד האנזים
האנזים RT הוא הטרודימר (הטרו = שונה, דימר = בנוי משתי תת-יחידות) שאורכו 1000 חומצות אמיניות: 560 חומצות אמיניות בשרשרת A ו-440 חומצות אמיניות בשרשרת B.
כשליש מהחומצות האמיניות נמצאות במבנה שניוני של סלילי אלפא, וכרבע מהן נמצאות במבנה שניוני של מישורי ביתא. המבנים השניוניים האלה תורמים למבנה המרחבי של האנזים כולו.
הפעילות האנזימטית של RT מתבצעת כולה על ידי שרשרת A (שרשרת B אינה פעילה אנזימטית כלל). בתוך שרשרת A ישנם חמישה אזורים מוגדרים המשתתפים בפעילות האנזימטית של RT:
• האצבעות (חומצות אמיניות 85-1 וחומצות אמיניות 155-118);
• כף היד (ח"א 117-86 וח"א 236-156) – בתוך אזור זה נמצא האתר הפעיל של האנזים RT. בעמדה 110 ובעמדות 185-186 נמצאת הח"א חומצה אספרטית. שלוש החומצות האספרטיות קשורות בקשר יוני ליון מגנזיום Mg2+ התורם לייצוב המבנה המרחבי של האתר הפעיל. כאשר פגעו בניסויים בגן המקודד לאנזים RT וגרמו למוטציה בעמדות 110, 186-185, פעילות התעתוק-במהופך של האנזים שקודד מהגן הפגוע ירדה מאוד. בנוסף, הרצף בעמדות 235-227, המכונה primer grip, חשוד כי הוא מעורב בייצוב מולקולת ה-DNA הנבנית ובקשירה של נוקלאוטיד נוסף אליה;
• האגודל (ח"א 318-237);
• החיבור (ח"א 426-319) – באזור זה מתרחשת האינטראקציה בין שרשרת A ושרשרת B. בתוך האזור הזה נמצא רצף המכונה "מוטיב Tryptophan repeat" בעמדות 414-398, ובו מתוך 17 חומצות אמיניות, שש מהן הן טריפטופן (החומצה האמינית הנדירה ביותר). בניסוי שנערך הוחלפה החומצה האמינית טריפטופן שבעמדה 401 באמצעות מוטציה בגן. כאשר הטריפטופן הוחלפה בחומצה האמינית פנילאלאנין, הפעילות האנזימטית של RT כמעט ולא הושפעה. אולם כאשר טריפטופן הוחלפה בחומצה האמינית לאוצין, השרשרות A ו-B נפרדו והאנזים איבד את פעילותו;
• ריבונוקלאז H (ח"א 427 עד סוף השרשרת) – לאזור זה פעילות אנזימטית אחרת: באזור זה מתפרק גדיל ה-RNA לאחר התעתוק במהופך. גם באזור זה קשור יון מגנזיום +Mg2 בקשרים יוניים. העמדות הקושרות את היון הן 443 (חומצה אספרטית), 478 (חומצה גלוטמית) ו-498 (חומצה אספרטית).
מהימנות הפעילות האנזימטית
בעת פעולתו, האנזים RT מועד לטעויות. בניסוי שנערך נמצא כי תדירות המוטציות במולקולת ה-DNA הנוצרת הוא 1 ל-4000-2000.
משמעות הדבר היא שמתרחשת מוטציה אחת כל כשלושת אלפים נוקלאוטידים המתרכבים למולקולת ה-DNA הנוצרת. קצב המוטציות הגבוה גורם לכך שהחומר התורשתי של הנגיף משתנה כמעט עם כל הדבקה. עקב כך, פיתוח תרופות נגד הנגיף נתקל בקשיים רבים.
שימושים בביולוגיה מולקולרית
האנזים RT משמש במעבדות רבות בעולם ליצירת מולקולות DNA מתבנית של מולקולות RNA. מולקולת ה-DNA שמתקבלת נקראת complementary DNA או cDNA, והיא יציבה בהרבה ממולקולת ה-RNA. cDNA מסייע למדענים לחקור תהליכים בתא כמו בקרה על ביטוי גנים, ליצור ספריות DNA למחקר עתידי ואף לפתח תרופות.
1000 חומצות אמיניות
This is a sample scene created with SAT to color by Group, and another to make a transparent representation of the protein. You can make your own scenes on SAT starting from scratch or loading and editing one of these sample scenes.
