逆转录(reverse transcription)是以
RNA为模板合成
DNA的过程,即RNA指导下的
DNA合成。此过程中,核酸合成与转录(DNA到RNA)过程与
遗传信息的流动方向(RNA到DNA)相反,故称为逆转录。逆转录过程是
病毒的复制形式之一,如
RNA病毒中的
逆转录病毒,
DNA病毒中的拟逆转录病毒的复制均需要经过逆转录。逆转录过程在
真核细胞中也同样存在,例如
逆转座子和
端粒DNA的延长均存在逆转录过程,需
逆转录酶的催化,
端粒酶即为真核细胞中的逆转录酶。 逆转录过程的揭示是
分子生物学研究中的重大发现,是对
中心法则的重要修正和补充。人们通过体外模拟该过程,以样本中提取的
mRNA为模板,在逆转录酶的作用下,合成出互补的
cDNA,构建
cDNA文库,并从中筛选特异的目的基因。该方法已成为
基因工程技术中最常用的获得
目的基因的策略之一。
逆转录(reverse transcription)是以
RNA为
模板合成DNA的过程,即RNA指导下的
DNA合成。是某些
病毒的复制形式,需
逆转录酶的催化。
艾滋病病毒(
HIV)就是一种典型的
逆转录病毒。
逆转录与
反转录严格意义上来说没有什么区别,但是逆转录是某些
病毒的自主行为,如逆转录病毒,它们在整合到
宿主细胞内前以RNA为模板形成DNA的过程;反转录是进行
基因工程过程中,人为地提取出所需要的
目的基因的
信使RNA,并
以之为模板人工合成DNA的过程。二者虽同为RNA→DNA的过程,但地点不同,
相对性的来说,逆转录在体内,反转录在体外。
逆转录过程由
逆转录酶催化,此酶也称依赖RNA的
DNA聚合酶(RDDP),即以RNA为模板催化DNA链的合成。合成的DNA链称为与RNA
互补DNA(complementary DNA,
cDNA)。逆转录酶在
生物界存在于逆转录病毒以及
真核细胞(如
端粒酶)中,逆转录病毒没有单独的逆转录酶,其DNA聚合酶带有逆转录酶的活性,可能与病毒的恶性转化有关。
人类免疫缺陷病毒(HIV)就是一种逆转录病毒,含有逆转录酶。在
小鼠及人的
正常细胞和胚胎细胞中也有逆转录酶,例如端粒酶就是一种逆转录酶,推测可能与
细胞分化和
胚胎发育有关。
大多数
逆转录酶都具有多种
酶活性,主要包括以下几种活性。①
DNA聚合酶活性;以RNA为模板,催化
dNTP聚合成DNA的过程。此酶需要RNA为引物,多为
赖氨酸的
tRNA,在
引物tRNA 3'-末端以5'→3'方向合成DNA。
反转录酶中不具有3'→5'
外切酶活性,因此没有校正功能,所以由反转录酶催化合成的DNA出错率比较高。②
RNase H活性;由反转录酶催化合成的cDNA与模板RNA形成的
杂交分子,将由RNase H从RNA 5'端水解掉RNA分子。③DNA指导的
DNA聚合酶活性;以
反转录合成的第一条DNA单链为模板,以dNTP为底物,再合成第二条
DNA分子。除此之外,有些逆转录酶还有DNA
内切酶活性,这可能与病毒
基因整合到
宿主细胞染色体DNA中有关。逆转录酶的发现对于遗传
工程技术起了很大的推动作用,它已成为一种重要的
工具酶。用
组织细胞提取
mRNA并以它为模板,在逆转录酶的作用下,合成出互补的cDNA,由此可构建出
cDNA文库(cDNA library),从中筛选特异的目的基因,这是在
基因工程技术中最常用的获得目的基因的方法。
逆转录酶的作用是以dNTP为底物,以RNA为模板,tRNA(主要是
色氨酸tRNA)为引物,在tRNA3'-末端上,按5'→3'方向,合成一条与RNA模板互补的cDNA单链,它与RNA模板形成RNA-cDNA
杂交体。随后又在
反转录酶的作用下,水解掉RNA链,再以cDNA为
模板合成第二条DNA链。至此,完成由RNA指导的DNA合成过程。
(1)对
分子生物学的
中心法则进行了修正和补充。经典的中心法则认为:
DNA的功能兼有
遗传信息的传递和表达,因此,DNA处于
生命活动的中心位置。逆转录现象说明:至少在某些生物中,RNA同样兼有遗传
信息传递和表达功能。修正后的中心法则表示为:是指遗传信息从DNA传递给
RNA,再从RNA传递给
蛋白质,即完成
遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA,即完成
DNA的复制过程。这是所有有
细胞结构的生物所遵循的法则。某些
病毒中的RNA
自我复制(如
烟草花叶病毒等)和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程(某些
致癌病毒)。有些
亚病毒(例如
朊病毒,这种亚病毒没有核酸,是一种因错误折叠而形成的
结构异常的蛋白质)以蛋白质直接
形成蛋白质(可促使与自身具有相同
氨基酸序列的蛋白质发生同样的折叠错误,从而导致大量结构异常的蛋白质的形成)。当然,一般不认为亚病毒属于生物。