生物化学与分子生物学/逆转录

DNA的生物合成 - DNA复制的基本规律 - DNA复制的酶学和拓扑学 - 原核生物DNA复制过程 - 真核生物DNA复制过程 - 逆转录
双链DNA是大多数生物的遗传物质 。然而，某些病毒的遗传物质是RNA。原核生物的质粒，真核生物的线粒体DNA,都是染色体外存在的DNA。这些非染色体基因组，采用特殊的方式进行复制。

逆转录病毒的基因组RNA以逆转录机制复制

RNA病毒的基因组是 RNA 而不是 DNA,其复制方式是逆转录(reverse transcription), 因此也称为逆转录病毒(retrovirus)。但是并非所有的 RNA 病毒都是逆转录病毒。逆转录的信息流动方向(RNA→DNA) 与转录过程(DNA→RNA) 相反，是一种特殊的复制方式。1970 年，H.Temin 和 D.Baltimore分别从 RNA 病毒中发现能催化以 RNA 为模板合成双链 DNA 的酶，称为逆转录酶（reverse transcriptase），全称是依赖RNA的DNA聚合酶（RNA-dependent DNA polymerase）。
从单链RNA到双链DNA的生成可分为三步：首先是逆转录酶以病毒基因组RNA为模板，催化dNTP聚合生成DNA互补链，产物是RNA/DNA杂化双链。然后，杂化双链中的RNA被逆转录酶中有RNase活性的组分水解，被感染细胞内的RNase H（H=Hybrid）也可水解RNA链。RNA分解后剩下的单链DNA再用作模板，由逆转录酶催化合成第二条DNA互补链。逆转录酶有三种活性：RNA指导的DNA聚合酶活性，DNA指导的DNA聚合酶活性和RNase H活性，作用需Zn²⁺为辅因子。合成反应也按照5'→3'延长的规律。有研究发现，病毒自身的tRNA可用作复制引物。
按上述方式，RNA 病毒在细胞内复制成双链 DNA 的前病毒(provirus)。前病毒保留了 RNA 病毒 全部遗传信息，并可在细胞内独立繁殖。在某些情况下，前病毒基因组通过基因重组(gene recombination), 插入到细胞基因组内，并随宿主基因一起复制和表达。这种重组方式称为整合(integration)。前病毒独立繁殖或整合，可成为致病的原因。

逆转录的发现发展了中心法则

逆转录酶或逆转录现象的发现是分子生物学研究中的重大事件。中心法则认为，DNA 的功能兼有遗传信息的传代和表达，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，RNA 同样兼有遗传信息传代功能。这是对传统的中心法则的挑战。
对逆转录病毒的研究，拓宽了20世纪初已注意到的病毒致癌理论，至20世纪70年代初，从逆转录病毒中发现了癌基因。至今，癌基因研究仍是病毒学、肿瘤学和分子生物学领域的重大课题。艾滋病病原人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)也是RNA病毒，有逆转录活性。
分子生物学研究还应用逆转录酶作为获取基因工程目的基因的重要方法之一，此法称为cDNA法。在人类这样庞大的基因组DNA(3.2xl0⁹bp)中，要选取其中一个目的基因，有相当大难度。对RNA进行提取、纯化，相对较为可行。取得RNA后，可以通过逆转录方式在试管内操作。用逆转录酶催化dNTP在RNA模板指引下的聚合，生成RNA/DNA杂化双链。用酶或碱把杂化双链上的RNA除去，剩下的DNA单链再作为第二链合成的模板。在试管内以DNA pol Ⅰ的大片段，即Klenow片段催化dNTP聚合。第二次合成的双链DNA, 称为cDNA。c是互补(complementary)的意思。cDNA就是编码蛋白质的基因，通过转录又得到原来的模板RNA,现在已利用该方法建立了多种不同种属和细胞来源的含所有表达基因的cDNA文库，方便人们从中获取目的基因。