備課素材：聚合酶的兩個疑問解析 第二學(xué)期高中生物學(xué)必修二

聚合酶的兩個疑問解析1、人體內(nèi)是否有逆轉(zhuǎn)錄酶？很多教師認為，逆轉(zhuǎn)錄酶是逆轉(zhuǎn)錄病毒特有的一類酶，在其他生物體內(nèi)是不含有逆轉(zhuǎn)錄酶的。首先，逆轉(zhuǎn)錄病毒中確實含有逆轉(zhuǎn)錄酶，這類酶在該類病毒的生命周期中是不可替代的。1.1第一個發(fā)現(xiàn)的逆轉(zhuǎn)錄酶２０世紀６０年代，Ｈ．Ｔｅｍｉｎ在前人研究雞肉瘤病毒（ＡＳＶ）復(fù)制和轉(zhuǎn)化癌細胞實驗的基礎(chǔ)上提出前病毒學(xué)說，并推測存在逆轉(zhuǎn)錄酶，隨后他與Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ分別從ＡＳＶ和小鼠白血病病毒（ＭＬＶ）中發(fā)現(xiàn)了這種逆轉(zhuǎn)錄酶［１］。1.2人體內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄酶人的遺傳物質(zhì)是ＤＮＡ，貌似不需要發(fā)生逆轉(zhuǎn)錄過程，那么人體內(nèi)是否就不存在逆轉(zhuǎn)錄酶呢？第一個要提到的在人體內(nèi)具有逆轉(zhuǎn)錄活性的酶是端粒酶。由于細胞中ＤＮＡ復(fù)制需要ＲＮＡ作為引物等原因，線狀ＤＮＡ分子每復(fù)制一次兩端會相應(yīng)縮短。端粒酶是一種含有ＲＮＡ序列的核糖核蛋白，隨著ＤＮＡ復(fù)制次數(shù)增加而造成端粒縮短到一定程度時，端粒酶就利用自身ＲＮＡ中的一段重復(fù)序列作為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成端粒ＤＮＡ重復(fù)序列，表現(xiàn)出逆轉(zhuǎn)錄酶活性。人類端粒酶ＲＮＡ序列在１９９５年被成功克隆。當(dāng)然，端粒酶和病毒中的逆轉(zhuǎn)錄酶在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上都存在著許多差異。Ｃｈａｎｄｒａｍｏｕｌｙ等２０２１年發(fā)表在ＳcｉｅｎcｅＡｄｖａｎcｅｓ上的一篇文章闡釋了他們關(guān)于人類聚合酶θ（Ｐｏｌθ）的最新研究，該研究發(fā)現(xiàn)聚合酶θ同樣表現(xiàn)出逆轉(zhuǎn)錄酶活性。該酶是高等真核生物中一種獨特的ＤＮＡ聚合酶解旋酶融合蛋白，其催化以ＲＮＡ為模板的ＤＮＡ修復(fù)［３］。由此看來，人體內(nèi)也是存在逆轉(zhuǎn)錄酶的，或者說也有酶能表現(xiàn)出逆轉(zhuǎn)錄酶的活性。2、是否存在ＲＮＡ依賴型ＲＮＡ聚合酶？在學(xué)習(xí)中心法則相關(guān)內(nèi)容時，教材中提到“少數(shù)生物（如一些ＲＮＡ病毒）的遺傳信息可以從ＲＮＡ流向ＲＮＡ”（人教版必修２“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”一節(jié)），那么ＲＮＡ是如何指導(dǎo)ＲＮＡ合成的呢？第一種方式是ＲＮＡ先逆轉(zhuǎn)錄成ＤＮＡ，再以ＤＮＡ為模板轉(zhuǎn)錄成ＲＮＡ，如前文所述逆轉(zhuǎn)錄病毒就是通過這種方式將ＲＮＡ中的遺傳信息流向ＲＮＡ。那么，有沒有不以ＤＮＡ為中間產(chǎn)物，而直接以ＲＮＡ作為模板催化合成ＲＮＡ的聚合酶呢？答案是肯定的，這種聚合酶就是ＲＮＡ依賴型ＲＮＡ聚合酶（ＲｄＲｐ）。大部分ＲＮＡ病毒的ＲＮＡ分子復(fù)制過程可能都是通過ＲｄＲｐ參與完成的。例如大多數(shù)ＲＮＡ噬菌體都是正鏈ＲＮＡ噬菌體，它們的ＲＮＡ除發(fā)揮信使ＲＮＡ的作用之外，也可以在ＲｄＲｐ的作用下合成負鏈ＲＮＡ，再以負鏈ＲＮＡ為模板大量產(chǎn)生子代噬菌體的正鏈ＲＮＡ拷貝。此外，在動物ＲＮＡ病毒和植物ＲＮＡ病毒中，同樣普遍存在ＲＮＡ依賴型ＲＮＡ聚合酶。有趣的是，實際上在不以ＲＮＡ作為遺傳物質(zhì)的真核生物中，也同樣存在ＲＮＡ依賴型ＲＮＡ聚合酶，如分別在擬南芥、水稻和煙草中發(fā)現(xiàn)了６個、５個和３個ＲＮＡ依賴型ＲＮＡ聚合酶基因。這類酶在植物中的作用被認為是催化形成雙鏈ＲＮＡ，參與包括轉(zhuǎn)錄后基因沉默和病毒誘導(dǎo)的基因沉默等。同樣地，在動物和真菌中也發(fā)現(xiàn)了ＲＮＡ依賴型聚合酶基因。如Ｐｉｎｚóｎ等就對動物