Enzyme phiên mã ngược BULLET Phiên mã ngược là quá_trình tổng_hợp chuỗi đơn DNA từ khuôn_mẫu RNA thông_tin BULLET Quá_trình phiên mã ngược nói trên chỉ thực_hiện được nhờ một loại enzyme đặc_trưng gọi là enzyme phiên mã ngược BULLET Trong hình 1 BULLET Quá_trình mà DNA tạo ra RNA gọi là phiên mã được xúc_tác bởi enzyme phiên mã RNA pôlymêraza BULLET Còn quá_trình ngược_lại mà RNA tạo ra DNA gọi là phiên mã ngược được xúc_tác bởi enzyme phiên mã ngược reverse transcriptase viết tắt RT BULLET Bởi_vì quá_trình này tổng_hợp nên DNA nên enzyme này có chức_năng tương_tự enzyme DNA pôlymêraza trong nhân đôi DNA bình_thường nhưng nó lại dựa vào khuông mẫu là RNA nên tên đầy_đủ của nó trong các giáo_trình Sinh_hoá_học hoặc Di_truyền_học phân_tử gọi là DNA pôlymêraza phụ_thuộc RNA RNA dependent DNA polymerase hoặc DNA pôlymêraza tạo bởi RNA RNA directed DNA polymerase Nguồn_gốc thuật_ngữ BULLET Trong lịch_sử phát_triển của Sinh_học phân_tử một trong những nhà_khoa_học đầu_tiên nêu ra vai_trò quyết_định của DNA trong quá_trình di_truyền là Francis_Crick_Theo ông trái_ngược hẳn với quan_niệm trước đó cho rằng vai_trò trung_tâm của tính di_truyền là prôtêin thì DNA có vai_trò trung_tâm DNA tổng_hợp ra RNA rồi đến lượt nó RNA tạo ra prôtêin từ đó biểu_hiện thành tính_trạng Điều này được tóm_tắt bằng sơ_đồ nổi_tiếng DNA formula _ 1 RNA formula _ 1 Prôtêin_Tư tưởng này đã phản_ánh trong Luận_thuyết trung_tâm của ông BULLET Quá_trình DNA formula _ 1 RNA ở sơ_đồ trên chính là quá_trình phiên mã Tuy_nhiên do sự phát_triển mạnh_mẽ của khoa_học và công_nghệ người ta đã phát_hiện ra rằng trong cơ_thể sinh_vật RNA lại có khả_năng tổng_hợp ra DNA ngược_lại sơ_đồ trên nghĩa_là RNA formula _ 1 DNA và quá_trình này gọi là phiên mã ngược BULLET Khái_niệm phiên mã ngược được dịch từ thuật_ngữ tiếng Anh retrotranscription hoặc reverse transcription cũng còn được dịch là sao_chép ngược hoặc sao mã ngược dùng để chỉ quá_trình mà RNA thông_tin được làm khuôn để tạo ra âm_bản DNA giống như bản khuôn đã tổng_hợp ra nó Dạng âm_bản DNA này là một_mạch đơn bổ_sung với mẫu RNA nên gọi là DNA bổ_sung complementary DNA viết tắt là cDNA Xem chi_tiết hơn về dạng này ở trang DNA bổ_sung BULLET Quá_trình tạo ra DNA bổ_sung này bắt_buộc phải có loại enzyme phiên mã ngược thuật_ngữ tiếng Anh retrotranscriptase Đây là một nhóm prôtêin có khả_năng xúc_tác quá_trình phiên mã ngược cũng thường được gọi là reverse transcriptase hay ngắn_gọn hơn là revertaza Lược sử phát_hiện BULLET Hiện_tượng phiên mã ngược được phát_hiện bởi Howard_Temin tại Đại_học Wisconsin_Madison và được phát_hiện một_cách độc_lập bởi David_Baltimore vào năm 1970 tại MIT Cả hai cùng đoạt một giải Nobel năm 1975 giải Nobel_Sinh lý và Y_khoa chia_sẻ cùng với Renato_Dulbecco cho thành_tựu của cả ba người BULLET Khám_phá này ban_đầu tỏ ra mâu_thuẫn với giáo_điều của Luận_thuyết trung_tâm trong sinh_học phân_tử do Francis_Crick đề_xuất theo đó DNA được phiên mã thành RNA rồi mới tổng_hợp nên protein Tuy_nhiên khả_năng mà thông_tin di_truyền có_thể chuyển ngược theo cách này cuối_cùng đã được giới khoa_học chấp_thuận BULLET Đến đầu những năm 1980 virut sao ngược retrovirus gây ra bệnh_bạch_cầu ở người gọi là HTLV I và HTLV II được phát_hiện Năm 1983 người ta đã tách lập được HIV và xác_định nó là tác_nhân gây bệnh AIDS HIV lây_nhiễm các tế_bào bạch_cầu thuộc dòng tế_bào hỗ_trợ T chúng nhân lên nhanh_chóng sinh_sôi nảy_nở làm hàng_loạt tế_bào T chết phá_huỷ hệ_miễn_dịch Trong năm 2007 khoảng 2 1 triệu người trên toàn thế_giới đã chết do AIDS ước_tính có 33 2 triệu người sống chung với HIV và khoảng 2 5 triệu người mới nhiễm HIV BULLET Ngày_nay loại enzyme này đã được nghiên_cứu kỹ_lưỡng hình 2 và có nhiều ứng_dụng quan trong trong công_nghệ_sinh_học phân_tử cũng như trong y_học Các loại thuốc ức_chế enzyme sao_chép ngược là phương_pháp điều_trị đầu_tiên cho những người đang phơi nhiễm HIV Chất ức_chế đầu_tiên thuộc loại này là enzyme sao ngược nucleoside NRTI như AZT zidovudine thuốc đầu_tiên được Cơ_quan quản_lý thực_phẩm và dược_phẩm Hoa_Kỳ phê_duyệt để kéo_dài tuổi_thọ của bệnh_nhân AIDS có tác_dụng pha huỷ chuỗi DNA tiền virut proviral DNA trước khi enzyme kết_thúc phiên mã Các NRTI còn được kết_hợp với các thuốc ức_chế enzyme sao_chép ngược không nucleoside NNRTI như efavirenz hoạt_động bằng cách liên_kết và thay_đổi hình_dạng của enzyme nên nó coi như bị mất chức_năng BULLET Như_vậy enzyme phiên mã ngược vốn được phát_hiện là loại enzyme có nguồn_gốc từ vật_liệu di_truyền của virut sao ngược xúc_tác sự phiên mã của RNA ở virut axit ribônuclêic thành DNA axit đêôxyribônuclêic Sự xúc_tác phiên mã này là quá_trình ngược_lại của phiên mã tế_bào bình_thường mà DNA tạo ra RNA do_đó các tên này là sao ngược và retrovirus gọi là virut sao ngược RT chính là bản_chất lây_nhiễm của virut sao ngược retrovirus một_số trong số đó gây bệnh ở người bao_gồm virus suy_giảm miễn_dịch ở người HIV gây hội_chứng suy_giảm miễn_dịch mắc phải AIDS và virut lymphô ở tế_bào T của người I HTLV I gây bệnh_bạch_cầu Những bệnh hoặc hội_chứng này không di_truyền BULLET Tuy_nhiên gần đây người ta đã phát_hiện các chủng retrovirus có khả_năng chèn gen của nó vào tế_bào mầm do_đó gen này hoàn_toàn có khả_năng nằm trong bộ gen của giao_tử trứng tinh_trùng do_đó sẽ di_truyền cho thế_hệ sau Xem thêm mục ERV ở trang Nhân_tố chuyển_vị ngược LTR BULLET Ngoài_ra enzyme phiên mã ngược cũng là một thành_phần cơ_bản của công_nghệ phòng_thí_nghiệm được gọi là phản_ứng chuỗi sao_chép ngược polymerase RT PCR một công_cụ mạnh được sử_dụng trong nghiên_cứu và chẩn_đoán các bệnh như ung_thư Cơ_chế hoạt_động Ở virut Nói_chung RT enzyme phiên mã ngược trước_hết phải có một khuôn_mẫu là RNA tương_thích với nó BULLET Chẳng_hạn như HIV có bộ gen gồm hai phân_tử RNA hình S ngược sẫm màu trong sơ_đồ phải của hình 3 đồng_thời tự_nhiên cũng phú cho nó sẵn có hai RT riêng tương_thích kèm theo Do_đó khi nhiễm vào người RT tạo ra mạch đơn DNA bổ_sung cDNA theo mẫu riêng của nó mặc_dù nó lấy tất_cả nguyên_vật_liệu của người BULLET Tiếp_theo cDNA này biến_đổi thành DNA hai mạch xoắn kép nhờ bộ_máy nhân đôi và nguyên_vật_liệu của người BULLET Cuối_cùng DNA mạch kép này hoành_hành trong tế_bào chủ của người là tế_bào T sơ_đồ bên trái của hình 3 Sơ_đồ mô_tả chi_tiết hơn ở hình 4 Ở nhân thực Sau khám_phá vạch thời_đại của bà Barbara_McClintock người ta đã phát_hiện ra rằng phiên mã ngược không_chỉ có ở virut và do virut gây ra mà_còn tồn_tại một_cách tự_nhiên ở trong bộ gen của sinh_vật nhân thực trong đó có người Hệ_RT này góp_phần quan_trọng để tạo ra quá_trình chuyển_vị ngược gây tái tổ_hợp không tương_đồng giúp sinh_vật phong_phú và đa_dạng hơn Xem chi_tiết chuyên_đề này ở trang Nhân_tố chuyển_vị ngược retrotransposons Ngay cả quá_trình hình_thành cấu_trúc cực_kỳ quan_trọng ở người cũng như rất nhiều loài sinh_vật khác gọi là cấu_trúc đầu mút NST hay telomere cũng cần có RT riêng gọi là telomerase Cơ_chế hoạt_động của các RT trong những trường_hợp trên là rất phức_tạp không trình_bày ở chuyên_khảo này Có_thể tham_khảo ở các trang Nhân_tố chuyển_vị ngược LTR Gen nhảy v v
Enzyme phiên mã ngược