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逆轉錄

鎖定
逆轉錄(reverse transcription)是以RNA模板合成DNA的過程,即RNA指導下的DNA合成。此過程中,核酸合成與轉錄(DNA到RNA)過程與遺傳信息的流動方向(RNA到DNA)相反,故稱為逆轉錄。逆轉錄過程是病毒的複製形式之一,如RNA病毒中的逆轉錄病毒DNA病毒中的擬逆轉錄病毒的複製均需要經過逆轉錄。逆轉錄過程在真核細胞中也同樣存在,例如逆轉座子端粒DNA的延長均存在逆轉錄過程,需逆轉錄酶的催化,端粒酶即為真核細胞中的逆轉錄酶。 逆轉錄過程的揭示是分子生物學研究中的重大發現,是對中心法則的重要修正和補充。人們通過體外模擬該過程,以樣本中提取的mRNA為模板,在逆轉錄酶的作用下,合成出互補的cDNA,構建cDNA文庫,並從中篩選特異的目的基因。該方法已成為基因工程技術中最常用的獲得目的基因的策略之一。
中文名
逆轉錄
外文名
reverse transcription
發現於
RNA病毒
應    用
cDNA合成;cDNA文庫的建立

目錄

逆轉錄簡介

圖示 圖示
逆轉錄(reverse transcription)是以RNA模板合成DNA的過程,即RNA指導下的DNA合成。是某些病毒的複製形式,需逆轉錄酶的催化。艾滋病病毒HIV)就是一種典型的逆轉錄病毒
逆轉錄與反轉錄嚴格意義上來説沒有什麼區別,但是逆轉錄是某些病毒的自主行為,如逆轉錄病毒,它們在整合到宿主細胞內前以RNA為模板形成DNA的過程;反轉錄是進行基因工程過程中,人為地提取出所需要的目的基因信使RNA,並以之為模板人工合成DNA的過程。二者雖同為RNA→DNA的過程,但地點不同,相對性的來説,逆轉錄在體內,反轉錄在體外。

逆轉錄過程

逆轉錄過程由逆轉錄酶催化,此酶也稱依賴RNA的DNA聚合酶(RDDP),即以RNA為模板催化DNA鏈的合成。合成的DNA鏈稱為與RNA互補DNA(complementary DNA, cDNA)。逆轉錄酶在生物界存在於逆轉錄病毒以及真核細胞(如端粒酶)中,逆轉錄病毒沒有單獨的逆轉錄酶,其DNA聚合酶帶有逆轉錄酶的活性,可能與病毒的惡性轉化有關。人類免疫缺陷病毒(HIV)就是一種逆轉錄病毒,含有逆轉錄酶。在小鼠及人的正常細胞和胚胎細胞中也有逆轉錄酶,例如端粒酶就是一種逆轉錄酶,推測可能與細胞分化胚胎髮育有關。
逆轉錄酶 逆轉錄酶
大多數逆轉錄酶都具有多種酶活性,主要包括以下幾種活性。①DNA聚合酶活性;以RNA為模板,催化dNTP聚合成DNA的過程。此酶需要RNA為引物,多為賴氨酸的tRNA,在引物tRNA 3'-末端以5'→3'方向合成DNA。反轉錄酶中不具有3'→5'外切酶活性,因此沒有校正功能,所以由反轉錄酶催化合成的DNA出錯率比較高。②RNase H活性;由反轉錄酶催化合成的cDNA與模板RNA形成的雜交分子,將由RNase H從RNA 5'端水解掉RNA分子。③DNA指導的DNA聚合酶活性;以反轉錄合成的第一條DNA單鏈為模板,以dNTP為底物,再合成第二條DNA分子。除此之外,有些逆轉錄酶還有DNA內切酶活性,這可能與病毒基因整合宿主細胞染色體DNA中有關。逆轉錄酶的發現對於遺傳工程技術起了很大的推動作用,它已成為一種重要的工具酶。用組織細胞提取mRNA並以它為模板,在逆轉錄酶的作用下,合成出互補的cDNA,由此可構建出cDNA文庫(cDNA library),從中篩選特異的目的基因,這是在基因工程技術中最常用的獲得目的基因的方法。
逆轉錄酶的作用是以dNTP為底物,以RNA為模板,tRNA(主要是色氨酸tRNA)為引物,在tRNA3'-末端上,按5'→3'方向,合成一條與RNA模板互補的cDNA單鏈,它與RNA模板形成RNA-cDNA雜交體。隨後又在反轉錄酶的作用下,水解掉RNA鏈,再以cDNA為模板合成第二條DNA鏈。至此,完成由RNA指導的DNA合成過程。
病毒複製方式
逆轉錄病毒(屬於RNA病毒):RNA→DNA→RNA
擬逆轉錄病毒(屬於DNA病毒):DNA→RNA→DNA

逆轉錄意義

逆轉錄的發現有重要的理論意義和實踐意義。
(1)對分子生物學中心法則進行了修正和補充。經典的中心法則認為:DNA的功能兼有遺傳信息的傳遞和表達,因此,DNA處於生命活動的中心位置。逆轉錄現象説明:至少在某些生物中,RNA同樣兼有遺傳信息傳遞和表達功能。修正後的中心法則表示為:是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質,即完成遺傳信息的轉錄和翻譯的過程。也可以從DNA傳遞給DNA,即完成DNA的複製過程。這是所有有細胞結構的生物所遵循的法則。某些病毒中的RNA自我複製(如煙草花葉病毒等)和在某些病毒中能以RNA為模板逆轉錄成DNA的過程(某些致癌病毒)。有些亞病毒(例如朊病毒,這種亞病毒沒有核酸,是一種因錯誤摺疊而形成的結構異常的蛋白質)以蛋白質直接形成蛋白質(可促使與自身具有相同氨基酸序列的蛋白質發生同樣的摺疊錯誤,從而導致大量結構異常的蛋白質的形成)。當然,一般不認為亞病毒屬於生物。
(2)在致癌病毒的研究中發現了癌基因,在人類一些癌細胞膀胱癌小細胞肺癌等細胞中,也分離出與病毒癌基因相同的鹼基序列,稱為細胞癌基因原癌基因。癌基因的發現為腫瘤發病機理的研究提供了很有前途的線索。
(3)在實際工作中有助於基因工程的實施。由於目的基因的轉錄產物易於製備,可將mRNA反向轉錄形成DNA用以獲得目的基因。