逆转录酶

结构 / ECOD（RNA-dependent DNA polymerase，RDDP）逆转录酶是一类存在于部分RNA病毒中具有逆转录活性、能以单链RNA为模板合成DNA的酶。由逆转录酶催化逆转录合成的DNA称为互补DNA（cDNA）。通常情况下，细胞内的转录是以DNA为模板合成RNA的，所得RNA为信使RNA（mRNA）供蛋白质合成作模板用。而在部分RNA病毒中，要实现自身的扩增，必须具有DNA，因此先由RNA逆转录合成cDNA再由cDNA转录出RNA。逆转录酶可用于逆转录聚合酶链式反应，将RNA转变为DNA后扩增，以获得某生物体表现RNA的序列。这些激活因子会将逆转录病毒里的单股RNA转化成双股cDNA并且将之插入宿主细胞的基因里，在一段时间内繁殖。相同的反应被广泛的应用在实验室中将RNA转换成DNA如分子克隆，RNA测序，聚合酶链反应（PCR），或是DNA微阵列。 良好的逆转录酶研究物质包含:逆转录酶是在美国威斯康星大学麦迪逊分校中的劳氏肉瘤病毒（英语：Rous sarcoma virus）由霍华德·马丁·特明发现的，并且1970在麻省理工学院由戴维·巴尔的摩独立从两种RNA肿瘤病毒:R-MLV（英语：murine leukemia virus）以及再一次劳氏肉瘤病毒（英语：Rous sarcoma virus）中分离出来。.由于这些成就，两人在1975年共同获得了诺贝尔生理学或医学奖（和罗纳托·杜尔贝科(Renato Dulbecco)）逆转录这种想法因为违背了分子生物学中心法则，即DNA转录成RNA再翻译成蛋白质的过程，因此非常不受到欢迎。然而，在1970时，当科学家霍华德·马丁·特明和戴维·巴尔的摩两人各自都从酶中发现逆转录的反应，将此命名为逆转录酶，此种逆转录的机制才被当时的主流接受。逆转录酶在逆转录病毒里是用来在复制以及编码的反应过程中。逆转录RNA病毒像是逆转录病毒，利用该酵素将他们的RNA基因组转换成DNA，再将该DNA送至宿主细胞中，并且和宿主细胞的基因组一起进行复制。逆转录DNA病毒，像是嗜肝DNA病毒，可以在组装时，将RNA当作模板制造出DNA。HIV借由此酵素感染人类。若是没有逆转录酶，这些病毒的基因组就不能和宿主细胞结合，进而导致复制失败。逆转录酶从RNA模板中制造出单股DNA。在缺乏DNA-dependent DNA聚合酶的病毒中，双股DNA的制造可以经由宿主编码DNA聚合酶δ完成，过程中可能会将病毒的DNA-RNA引子误认并且借由和引子去除类似的机制合成出双股DNA，而在新的合成的DNA即取代了旧有的RNA模板。逆转录的过程的错误率很高，因此在整个步骤中突变有很大的机会会发生。这种突变的现象可能会形成病毒的抗药性。逆转录病毒，或称VIssRNA-RT病毒，是用DNA当作中间产物的RNA逆转录病毒。他们的基因组通常由两个正感知且有5’端帽和3’端聚线苷酸尾的单股RNA。逆转录酶如人类免疫缺乏病毒（HIV）和人类T淋巴细胞病毒HTLV（英语：HTLV）。在细胞质中制造双股DNA的过程有以下步骤制造双股DNA也牵涉到股的转移，即从一开始的RNA dependent DNA合成出来较短的DNA转移至其他基因组模板中的受体，而此受体接下来会借由逆转录酶进行DNA-dependent DNA的激活。逆转录病毒的RNA在5’端和3’端被重新排列。引子黏接在RNA病毒的位置的区域称为引子结合区（PBS）。PBS区的5’端称为U5，而PBS的3’端称为领先区。tRNA的引子在14和22区的核苷酸被解开且和病毒的RNA与PBS形成碱基对。事实上PBS在病毒的RNA的5’端上是不正常的，因为逆转录酶是从3’端合成出DNA，方向是5’到3’(相对于RNA模板)。因此引子和逆转录酶必须位在病毒的RNA的3’端。为了成功的将之重新定位，需要许多的步骤以及酵素，包含DNA聚合酶，RNAse H以及已解开的的聚合苷酸来参与反应。HIV的逆转录酶也有核糖核苷酸酶用来激活，目的是将在合成cDNA的过程中将病毒的RNA降解，如同DNA dependent DNA聚合酶将cDNA股合成为无意义的DNA来组成病毒的双股DNA中间产物（vDNA）。自行复制真核细胞的延长基因组称为逆转录转座子，借由逆转录酶去移除RNA的其中一个位置。他们在植物和动物中的基因组中大量发现。端粒酶是另外一种逆转录酶，在许多真核生物，像是有自己的RNA模板的人类中发现，这些RNA会被用来当作DNA复制的模板。逆转录酶亦从细菌的Retron msr RNAs（英语：Retron msr RNA），一种特殊的片段，由逆转录酶编码，且拿来合成msDNA（英语：msDNA）。合成DNA时需要引子。在细菌里，引子的合成是在复制的过程中制造。逆转录酶包含RNA-dependent DNA聚合酶和DNA-polymerase DNA聚合酶，两者一起用来表现转录的过程。在一开始转录因子中，逆转录病毒的逆转录酶有RNase H家族的重要区域。逆转录病毒的生活史中有三种不同的复制系统。第一种，逆转录酶从病毒的RNA合成出病毒的DNA，进而制造出新的互补DNA。第二种复制方式则是在宿主细胞的DNA聚合酶开始复制黏合上去的病毒DNA后，RNA聚合酶II就会将原病毒的DNA转录成之后和病毒颗粒包装在一起的RNA。因此，突变可以在这些步骤中发生。逆转录酶在将RNA变成DNA时有很高的错误率，不像其他的DNA聚合酶，他没有校正的功能。这种较高的错误率相对于有校正的复制过程，可以促进突变的累积。一般市面上由Promega（英语：Promega）购买到的逆转录酶，说在AMV中有每17000个碱基就有一个是突变的，而在M-MLV中每30000个碱基就有一个是突变的。除了创造单核甘酸的基因多样性外，逆转录酶也在一些步骤初级产物融合（英语：transcript fusion）或外显子重组（英语：exon shuffling）并且做出人造的反义RNA转录产物。这种“模板的切换”被推测，这种可以完整的在体内中进行反应的逆转录酶，通常有着可以找出在模式生物中数千个未注明的转录产物。更多有关抗病毒药物的细节，请参照逆转录酶抑制剂。当HIV利用逆转录酶将基因的物质复制并且产生出新的病毒（部分逆转录病毒的增殖圈），特殊的药物被设计成用来阻断逆转录酶反应的过程，并且抑制逆转录病毒的生长，这些药物被称作逆转录酶抑制剂且包含核甘以及核甘酸相似的物质，齐多夫定（多夫），拉米夫定（博路定），和非核甘抑制剂奈韦拉平（维乐命）。更多有关分子生物学的细节，请参照逆转录聚合酶链反应。逆转录酶常用来应用在聚合酶链反应这种研究方式中，以RNA为主的技术称作逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）。典型的PCR技术只能用来用在DNA上，但是有着逆转录酶的帮助下，RNA亦可以被逆转录成DNA，因此使PCR可以分析RNA分子。逆转录酶也同时被应用在从MRNA制作cDNA基因库，市面上买的到的逆转录酶通常在分子生物界里都是被改良过的。其他酵素可被科学家用来进行复制或者定义RNA。逆转录酶也被拿来用在胰岛素的制作。借由将真核细胞的胰岛素的mRNA和逆转录酶注入细菌中，mRNA就可以插入原生生物的基因组里，大量的胰岛素就可被制造，可用来取代从猪只的胰岛萃取等的传统方式 直接将真核细胞的DNA注入到细菌的染色质里。在真核细胞mRNA的生产过程中，去除内含子，并且提供一个适当的模板。逆转录酶将RNA重新编成DNA，因此可以拿来和基因组黏合。EC 1.1/2/3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15/16/17/18/19/20/21/22  · 2.1/2/3/4/5/6/7(2.7.10/11-12)/8/9  · 3.1/2/3/4(3.4.21/22/23/24)/5/6/7/8/9/10/11/12/13  ·