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逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象是在遺傳的中心法則發(fā)現(xiàn)之后,科學(xué)家們?cè)谀承w系中（如某些癌變過程中）,又發(fā)現(xiàn)的一種新情況：在“逆轉(zhuǎn)錄酶”的作用下,能夠發(fā)生以RNA為模板,合成DNA.逆轉(zhuǎn)錄的發(fā)現(xiàn),無疑是對(duì)“遺傳中心法則”的一個(gè)重要補(bǔ)充.逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象表明,在蛋白質(zhì)的合成過程中,不單DNA能決定RNA,而且RNA同樣可以決定DNA,再通過mRNA翻譯成蛋白質(zhì).后來科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這種逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,不只是少數(shù)病毒所持有,其他病毒,甚至也是高級(jí)有機(jī)體的一種本能.
1989年,科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)RNA分子具有酶的催化活性,因此有科學(xué)家認(rèn)為在生命歷史發(fā)展進(jìn)程中的某個(gè)時(shí)刻,RNA在逆轉(zhuǎn)錄酶作用下,能把遺傳信息傳遞給DNA.到底是先有DNA還是先有RNA?這個(gè)問題現(xiàn)在還沒有終答案.
現(xiàn)代遺傳學(xué)已經(jīng)證明,DNA是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ).生物體的遺傳特征是以遺傳密碼的形式編碼在DNA分子上,表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序,并且通過DNA的復(fù)制,把遺傳信息由親代傳遞給子代.在后代的個(gè)體發(fā)育中,遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)錄給RNA,然后通過mRNA翻譯合成特異的蛋白質(zhì)以執(zhí)行各種生命功能,從而使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀.這就是本世紀(jì)50年代末所確定的蛋白質(zhì)合成的“中心法則”.
“中心法則”確定后,人們發(fā)現(xiàn)并不是所有RNA都是在DNA模板上復(fù)制的.許多病毒并沒有DNA,只有單鏈的RNA作為遺傳物質(zhì).當(dāng)這些病毒侵入寄主細(xì)胞后,能在RNA復(fù)制酶的作用下,進(jìn)行自我復(fù)制.另外,在某些真核細(xì)胞里原有的信使RNA也能在復(fù)制酶的作用下復(fù)制自己.這樣就需要對(duì)原來的“中心法則”進(jìn)行修改,即不僅DNA可以進(jìn)行自我復(fù)制,RNA也具有自我復(fù)制的功能.
早在60年代人們就已經(jīng)知道,放線菌素D能抑制DNA為模板合成RNA,而對(duì)以RNA為模板合成RNA的過程并無抑制作用.可是,當(dāng)美國分子生物學(xué)家特敏(H．Temin)將放線菌素D加入一種只含有RNA的致癌病毒——?jiǎng)谒谷饬霾《?RSV)所寄生的細(xì)胞中培養(yǎng)時(shí),卻發(fā)現(xiàn)放線菌素D竟抑制了細(xì)胞中全部RNA的合成.這是什么原因呢?
致癌RNA病毒是一種能引起鳥類、哺乳類動(dòng)物白血病和肉瘤以及其它腫瘤的病毒.這類病毒侵染細(xì)胞后并不引起細(xì)胞死亡,而是使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化.特敏等注意到致癌RNA的復(fù)制行為與一般RNA病毒不同,用特異的抑制物(放線菌素D)能抑制致癌RNA病毒的復(fù)制,但不能抑制一般RNA病毒的復(fù)制.由于放線菌素D是專門抑制以DNA為模板的反應(yīng),可見致癌RNA病毒的復(fù)制過程,必然要涉及到DNA.后來經(jīng)過實(shí)驗(yàn),他發(fā)現(xiàn),RSV不是以RNA為模板復(fù)制RNA,而是通過一種DNA作為中間物再合成RNA.于是,他便大膽地提出設(shè)想,致癌RNA病毒的復(fù)制需要經(jīng)過一個(gè)DNA中間體(前病毒),此DNA中間體可部分或全部整合到細(xì)胞DNA中去,并隨細(xì)胞增殖而傳遞給子代細(xì)胞.細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化就是由前病毒引起的.為了證明自己的假說,特敏等人一直在努力尋找促使該現(xiàn)象發(fā)生的生物催化劑——逆轉(zhuǎn)錄酶.70年代初,特敏等人(1970)終于發(fā)現(xiàn)在RSV和鼠白血病病毒中含有一種能使遺傳信息從單鏈病毒RNA轉(zhuǎn)錄到DNA上去的酶——依賴于RNA的DNA聚合酶,即逆轉(zhuǎn)錄酶,這樣,特敏提出的前病毒學(xué)說終于得到了證明.目前,科學(xué)工作者已從幾種不同的RNA腫瘤病毒中分離純化了這種酶.我國著名生物學(xué)家童第周教授在用核酸誘導(dǎo)產(chǎn)生單尾鰭金魚的實(shí)驗(yàn)中,也證明了在真核細(xì)胞中存在著逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象.
今天,已經(jīng)弄清楚逆轉(zhuǎn)錄酶催化的DNA合成機(jī)理和反應(yīng)進(jìn)行所需的各種條件.同時(shí)也證明了在逆轉(zhuǎn)錄酶和內(nèi)源RNA所組成的反應(yīng)系統(tǒng)中,初期合成的產(chǎn)物為RNA-DNA雜交分子,反應(yīng)延長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)單鏈DNA和雙鏈DNA.分子雜交實(shí)驗(yàn)證明,所合成的DNA為模板RNA的拷貝.逆轉(zhuǎn)錄酶具有雙重功能,一方面它可以利用病毒RNA為模板,在其上合成出一條互補(bǔ)DNA鏈,形成RNA-DNA雜交分子；另一方面,它又以新形成的DNA鏈為模板,合成出另一條互補(bǔ)DNA鏈,形成雙鏈DNA分子.另外,它還能專門水解RNA-DNA雜交分子中的RNA.
逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)向人們展示了遺傳信息傳遞方式的多樣性,完善了中心法則,使人們對(duì)RNA的生物學(xué)功能有了更新、更深的認(rèn)識(shí),從而極大地豐富了DNA、RNA和蛋白質(zhì)三者之間的相互關(guān)系.既然逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象存在于所有致癌RNA病毒中,那么可以想見,它的功能可能與病毒的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān).如果能找到這類酶的專一性抑制劑,就可以不損害健康細(xì)胞而達(dá)到治療腫瘤的目的.