逆转录酶

逆转录酶（全称：依赖于RNA的DNA聚合酶）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称为互補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。

逆轉錄酶可用於逆轉錄聚合酶鏈式反應，將RNA轉變爲DNA後擴增，以獲得某生物體表現RNA的序列。

這些活化因子會將反轉錄病毒裡的單股RNA轉化成雙股cDNA並且將之插入宿主細胞的基因裡，在一段時間內繁殖。相同的反應被廣泛的應用在實驗室中將RNA轉換成DNA如分子克隆，RNA測序，聚合酶鏈反應（PCR），或是DNA微陣列。
良好的反轉錄酶研究物質包含:
人類免疫缺陷病毒1型的反轉錄（）
的反轉錄酶
禽成髓細胞瘤病毒的反轉錄酶
維持真核細胞的染色體端粒存在的。

发现
反轉錄酶是在美國威斯康星大學麥迪遜分校中的由霍华德·马丁·特明發現的，並且1970在麻省理工學院由戴维·巴尔的摩獨立從兩種RNA腫瘤病毒:以及再一次中分離出來。由於這些成就，兩人在1975年共同獲得了诺贝尔生理学或医学奖（和罗纳托·杜尔贝科）

反轉錄這種想法因為違背了分子生物學中心法則，即DNA轉錄成RNA再轉譯成蛋白質的過程，因此非常不受到歡迎。然而，在1970時，當科學家霍华德·马丁·特明和戴维·巴尔的摩兩人各自都從酶中發現反轉錄的反應，將此命名為反轉錄酶，此種反轉錄的機制才被當時的主流接受。

病毒的功能
反轉錄酶在反轉錄病毒裡是用來在複製以及編碼的反應過程中。反轉錄RNA病毒像是反轉錄病毒，利用該酵素將他們的RNA基因組轉換成DNA，再將該DNA送至宿主細胞中，並且和宿主細胞的基因組一起進行複製。反轉錄DNA病毒，像是嗜肝DNA病毒，可以在組裝時，將RNA當作模板製造出DNA。HIV藉由此酵素感染人類。若是沒有反轉錄酶，這些病毒的基因組就不能和宿主細胞結合，進而導致複製失敗。

反轉錄的過程
反轉錄酶從RNA模板中製造出單股DNA。在缺乏DNA-dependent DNA聚合酶的病毒中，雙股DNA的製造可以經由宿主編碼DNA聚合酶δ完成，過程中可能會將病毒的DNA-RNA引子誤認並且藉由和引子去除類似的機制合成出雙股DNA，而在新的合成的DNA即取代了舊有的RNA模板。反轉錄的過程的錯誤率很高，因此在整個步驟中突變有很大的機會會發生。這種突變的現象可能會形成病毒的抗藥性。

反轉錄病毒的反轉錄 

反轉錄病毒，或稱VIssRNA-RT病毒，是用DNA當作中間產物的RNA反轉錄病毒。他們的基因組通常由兩個正感知且有5’端帽和3’端聚線苷酸尾的單股RNA。反轉錄酶如人類免疫缺乏病毒（HIV）和人類T淋巴細胞病毒。在細胞質中製造雙股DNA的過程有以下步驟 
由特殊細胞的tRNA當作引子，並且和互補的病毒基因組進行雜交，稱為引子黏接位或PBS。
互補DNA接下來和病毒RNA的U5（非編碼區）和R區（在RNA的兩邊末端的重複區域）結合。
在反轉錄酶上的核糖核酸酶H會將用來移除U5和R區的5’端的RNA降解。
引子接下來會跳到病毒基因組中的3’端並且和新製造的一股DNA在RNA上雜交組合成互補的R區。
第一股互補DNA（cDNA）會被延展並且病毒的主要RNA會被RNAse H降解。
一旦一股完成了，第二股就會從病毒的RNA的一開始進行合成
接下來另外一個引子就會跳到第二股的PBS處，與第一股互補的PBS進行雜交
雙股會被延展並藉由整合酶被併入宿主細胞

製造雙股DNA也牽涉到股的轉移，即從一開始的RNA dependent DNA合成出來較短的DNA轉移至其他基因組模板中的受體，而此受體接下來會藉由反轉錄酶進行DNA-dependent DNA的活化。

反轉錄病毒的RNA在5’端和3’端被重新排列。引子黏接在RNA病毒的位置的區域稱為引物结合位点（PBS）。PBS區的5’端稱為U5，而PBS的3’端稱為領先區。tRNA的引子在14和22區的核苷酸被解開且和病毒的RNA與PBS形成鹼基對。事實上PBS在病毒的RNA的5’端上是不正常的，因為反轉錄酶是從3’端合成出DNA，方向是5’到3’(相對於RNA模板)。因此引子和反轉錄酶必須位在病毒的RNA的3’端。為了成功的將之重新定位，需要許多的步驟以及酵素，包含DNA聚合酶，RNAse H以及已解開的的聚合苷酸來參與反應。

HIV的反轉錄酶也有核糖核酸酶用來活化，目的是將在合成cDNA的過程中將病毒的RNA降解，如同DNA依赖的DNA聚合酶將cDNA股合成為無意義的DNA來組成病毒的雙股DNA中間產物（vDNA）。

在真核生物
自行複製真核細胞的延長基因組稱為反轉錄轉座子，藉由反轉錄酶去移除RNA的其中一個位置。他們在植物和動物中的基因組中大量發現。端粒酶是另外一種反轉錄酶，在許多真核生物，像是有自己的RNA模板的人類中發現，這些RNA會被用來當作DNA複製的模板。

在原核生物
反轉錄酶亦從細菌的，一種特殊的片段，由反轉錄酶編碼，且拿來合成。合成DNA時需要引子。在細菌裡，引子的合成是在複製的過程中製造。

構造
反轉錄酶包含RNA-dependent DNA聚合酶和DNA-polymerase DNA聚合酶，兩者一起用來表現轉錄的過程。在一開始轉錄因子中，反轉錄病毒的反轉錄酶有RNase H家族的重要區域。

複製保真度
反轉錄病毒的生活史中有三種不同的複製系統。第一種，反轉錄酶從病毒的RNA合成出病毒的DNA，進而製造出新的互補DNA。第二種複製方式則是在宿主細胞的DNA聚合酶開始複製黏合上去的病毒DNA後，RNA聚合酶II就會將原病毒的DNA轉錄成之後和病毒顆粒包裝在一起的RNA。因此，突變可以在這些步驟中發生。

反轉錄酶在將RNA變成DNA時有很高的錯誤率，不像其他的DNA聚合酶，他沒有校正的功能。這種較高的錯誤率相對於有校正的複製過程，可以促進突變的累積。一般市面上由購買到的反轉錄酶，說在AMV中有每17000個鹼基就有一個是突變的，而在M-MLV中每30000個鹼基就有一個是突變的。

除了創造單核甘酸的基因多樣性外，反轉錄酶也在一些步驟或並且做出人造的反義RNA轉錄產物。這種“模板的切換”被推測，這種可以完整的在體內中進行反應的反轉錄酶，通常有著可以找出在模式生物中數千個未註明的轉錄產物。

應用

抗病毒藥物
更多有關抗病毒藥物的細節，請參照反轉錄酶抑制劑。當HIV利用反轉錄酶將基因的物質複製並且產生出新的病毒（部分反轉錄病毒的增殖圈），特殊的藥物被設計成用來阻斷反轉錄酶反應的過程，並且抑制反轉錄病毒的生長，這些藥物被稱作反轉錄酶抑制劑且包含核甘以及核甘酸相似的物質，齊多夫定（多夫），拉米夫定（博路定），和非核甘抑制劑奈韋拉平（維樂命）。

分子生物學
更多有關分子生物學的細節，請參照反轉錄聚合酶鏈反應。反轉錄酶常用來應用在聚合酶鏈反應這種研究方式中，以RNA為主的技術稱作反轉錄聚合酶鏈反應（RT-PCR）。典型的PCR技術只能用來用在DNA上，但是有著反轉錄酶的幫助下，RNA亦可以被反轉錄成DNA，因此使PCR可以分析RNA分子。反轉錄酶也同時被應用在從MRNA製作cDNA基因庫，市面上買的到的反轉錄酶通常在分子生物界裡都是被改良過的。其他酵素可被科學家用來進行複製或者定義RNA。

反轉錄酶也被拿來用在胰島素的製作。藉由將真核細胞的胰島素的mRNA和反轉錄酶注入細菌中，mRNA就可以插入原生生物的基因組裡，大量的胰島素就可被製造，可用來取代從豬隻的胰島萃取等的傳統方式 直接將真核細胞的DNA注入到細菌的染色質裡。在真核細胞mRNA的生產過程中，去除內含子，並且提供一個適當的模板。反轉錄酶將RNA重新編成DNA，因此可以拿來和基因組黏合。

參見
基因庫
DNA聚合酶

反轉錄病毒
RNA聚合酶
端粒酶

参考文献

外部連結
 
 反轉錄酶的動畫以及三種反轉錄酶的抑制劑
 分子月 （9月2002）在RCSB PDB
 愛滋病病毒複製的3D醫學動畫. (11月2008).由Boehringer Ingelheim製作. 
 

遗传学
EC 2.7.7
分子生物学
病毒酶
端粒