逆转录病毒和逆转录酶简介吕爱民（湖北省监利中学湖北荆州 433300）摘要本文结合高中教学的需要，主要介绍了逆转录病毒的繁殖和肿瘤病毒与细胞癌变之间的关系等内容，并例举了几道典型的高考试题。

关键词逆转录病毒逆转录酶肿瘤病毒典型例题人教版必修1细胞的癌变这一节中提到了病毒致癌因子，必修2基因对性状的控制这一节中提到了逆转录酶。

有少部分教师和相当一部分学生对逆转录酶的来源与合成、逆转录的过程和病毒致癌因子的致癌机理不是十分清楚。

笔者查阅了相关的教材和资料，将逆转录病毒和逆转录酶的主要基础知识整理如下，以供教学参考。

1 逆转录酶的发现及性质1970年，Temin和Mizufani及Baltimore 分别从致癌RNA病毒中发现了逆转录酶。

逆转录酶是一种多功能酶，它兼有三种酶的活力：①它可以用RNA作模板，合成一条互补的DNA链，形成RNA-DNA杂种分子（RNA指导的DNA聚合酶活力）。

②以新合成的DNA 链为模板合成另一条互补的DNA链，形成双链DNA分子（DNA指导的DNA聚合酶活力）。

③具有核糖核酸酶H的活力，专门水解RNA-DNA杂种分子中的RNA，可沿3’→5’和5’→3’两个方向起核酸外切酶的作用。

2 逆转录病毒的基因组具有逆转录现象的病毒称为逆转录病毒。

逆转录病毒的基因组一般含有4个基因，其中三个——gag、pol、env对病毒的繁殖和感染是必需的。

gag基因编码产生的多蛋白裂解形成四种病毒核心蛋白，pol基因编码逆转录酶，env基因编码病毒的包膜糖蛋白。

第四个基因是癌基因（V-onc），它对病毒的繁殖不是必需的，仅与宿主细胞的恶性转化有关，如果由于某种因素激活了癌基因，就可以使宿主细胞转化为癌细胞。

3 逆转录病毒的繁殖逆转录病毒的基因组由两条相同的（＋）RNA链组成。

（＋）RNA靠近5’端处带有1分子的宿主tRNA，作为逆转录的引物。

由病毒包膜糖蛋白与宿主细胞受体的特异性相互作用介导病毒的吸附，逆转录病毒的RNA和逆转录酶便进入宿主细胞。

3.1 未整合的游离的病毒DNA的合成逆转录病毒生物合成的第一件事是由单链基因组（＋）RNA合成线状双链DNA中间体，这一过程发生在细胞质内，由逆转录酶催化。

逆转录过程极为复杂，它包括由病毒（＋）RNA作为模板合成互补的（－）DNA 链，切除RNA-DNA杂种分子中的RNA，然后由（－）DNA链作为模板合成（＋）DNA链，从而形成线状双链DNA。

3.2 病毒DNA的整合病毒线状双链DNA形成后立即环化并进入细胞核，这种环状DNA分子是病毒DNA有效整合入细胞基因组的必需结构。

逆转录酶的内切酶活性在特定部位切开病毒环状DNA，同时亦切割细胞基因组DNA，病毒DNA 插入细胞DNA中，最后修复裂口，病毒DNA 便整合到细胞DNA中。

3.3 病毒DNA的表达只有整合的病毒DNA（前病毒）才能进行持久的复制和表达，因此整合是逆转录病毒生活周期中的必要步骤。

在病毒DNA的复制和表达过程中，由宿主细胞提供繁殖所需的原料、能量和酶。

以病毒的（－）DNA链为模板转录形成（＋）RNA，全长的转录产物有两个功能：一是形成病毒体RNA，用作基因组；二是作为mRNA用来编码蛋白质，编码的蛋白质包括四种核心蛋白、逆转录酶和包膜蛋白等。

gag-pol mRNA的主要翻译产物是gag前体聚蛋白，经切割产生四种核心蛋白；pol基因产物是gag-pol融合蛋白，它是逆转录酶的前体蛋白，经水解切割形成逆转录酶；env mRNA翻译为 env前体聚蛋白，经水解切割形成包膜蛋白。

3.4 病毒体的装配及释放糖基化的env前体聚蛋白转运到细胞质膜，gag前体聚蛋白、gag-pol融合蛋白和基因组RNA在细胞质膜内侧面或细胞质内装配成病毒核心，通过出芽的方式形成新的病毒颗粒。

4 具有逆转录酶的生物根据生物学的分类方法，逆转录病毒可以分成7个属，在这些病毒中，高中生物教材上提到的有人类免疫缺陷病毒（HIV）和RNA肿瘤病毒。

除了逆转录病毒具有逆转录现象外，其他一些生物也含有逆转录酶，具有逆转录现象。

嗜肝DNA病毒，例如乙型肝炎病毒，在复制周期中也需要经过逆转录的步骤。

嗜肝DNA病毒的核酸增殖过程为DNA →m RNA→DNA。

另外科学家发现烟草、蛙卵、网络红细胞、哺乳动物的胚胎细胞和正在分裂的淋巴细胞中也有逆转录酶。

胚胎细胞中的逆转录酶可能在胚胎发生和细胞分化中起某种作用，淋巴细胞中的逆转录酶可能与抗体的形成有关。

5肿瘤病毒与细胞的癌变目前认为，致癌因子大致分为三类：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。

能诱发肿瘤或使细胞发生恶性转化的病毒统称为肿瘤病毒，并根据病毒核酸的类型将其分为DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒。

科学家发现几乎所有的脊椎动物的DNA病毒都能诱发肿瘤或导致细胞恶性转化，如腺病毒、疱疹病毒、嗜肝DNA病毒等。

RNA肿瘤病毒均属于逆转录病毒科。

无论是DNA肿瘤病毒还是RNA肿瘤病毒，其致癌作用都是病毒的遗传物质与细胞遗传物质相互作用的结果。

在很多情况下，肿瘤诱发或细胞恶性转化仅与病毒基因组的一个或几个基因有关，这类决定病毒致瘤性或细胞恶性转化的基因称为癌基因（oncogen,onc）。

现在已经发现，不仅肿瘤病毒基因组中有癌基因，而且真核细胞及原核细胞中也存在癌基因。

根据Coffin等在1981年提出的统一命名规则，把属于病毒的癌基因称为病毒癌基因（V-onc），把属于动物细胞的癌基因称为细胞癌基因（C-onc）或原癌基因。

在正常细胞中，C-onc极少表达或不表达，C-onc主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程，并不会使细胞发生恶性转化。

而当C-onc被激活后，过度异常表达才导致细胞发生恶性转化。

激活C-onc的因素主要有：①突变：由于外界因素（如紫外线）的作用，使C-onc发生突变，将导致其激活。

②外源基因的插入：如当RNA肿瘤病毒的前病毒插入到C-onc附近，病毒基因组中的启动子和增强子可使C-onc激活。

③癌基因扩增：一般细胞中的C-onc为单拷贝，在某些情况下，癌基因可大量扩增，使细胞具有20个以上拷贝的癌基因，从而发生恶性转化。

④染色体易位：位于某些染色体上的C-onc，当其发生易位而转移到其它染色体上时，可被激活。

不同肿瘤病毒因为其基因组结构不同，它们的致癌方式亦有所区别，主要有以下两种情况：一类是病毒所携带的癌基因发生作用的结果；另外一种情况是病毒的基因组整合到细胞的原癌基因附近，病毒基因组中的启动子及增强子使细胞的原癌基因激活并异常表达所引起的，是病毒基因组顺式作用于原癌基因的结果。

6 典型试题赏析例1.（2014年上海卷第12题）某病毒的基因组为双链DNA，其一条链上的局部序列为ACGCAT，以该链的互补链为模板转录出相应的mRNA，后者又在宿主细胞中逆转录成单链DNA（称为cDNA）。

由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链上，相应的局部序列应为（）A．ACGCAT B．ATGCGTC．TACGCA D．TGCGTA解析：ACGCAT的互补链为TGCGTA，以此链为模板转录出相应的mRNA为ACGCAU，它在宿主细胞中逆转录成的单链DNA（cDNA）为TGCGTA，由这条cDNA链为模板复制出的DNA单链为ACGCAT。

答案：A例2.（2014年江苏卷第6题）研究发现，人类免疫缺陷病毒( HIV) 携带的RNA 在宿主细胞内不能直接作为合成蛋白质的模板。

依据中心法则（下图），下列相关叙述错误．．的是（）A．合成子代病毒蛋白质外壳的完整过程至少要经过④②③环节B．侵染细胞时，病毒中的蛋白质不会进入宿主细胞C．通过④形成的DNA可以整合到宿主细胞的染色体DNA上D．科学家可以研发特异性抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病解析：人类免疫缺陷病毒（HIV）属逆转录病毒的一种，在侵染过程中逆转录酶会进入细胞内，故B选项是错误的。

HIV的遗传物质是RNA，经逆转录形成的DNA可整合到患者细胞的基因组中，再通过病毒DNA的复制、转录和翻译，每个被感染的细胞就生产出大量的HIV；根据题图中的中心法则可知病毒DNA是通过逆转录过程合成，可见科研中可以研发抑制逆转录酶的药物来治疗艾滋病。

故A、C、D选项均正确。

答案：B例3.（2012年上海卷第7题）在细胞中，以mRNA作为模板合成生物大分子的过程包括（）A．复制和转录 B．翻译和转录C．复制和翻译 D．翻译和逆转录解析：根据中心法则可知，翻译是以mRNA作为模板合成蛋白质；逆转录是以mRNA 作为模板合成DNA。

嗜肝DNA病毒的核酸增殖过程为DNA→m RNA→DNA；某些RNA病毒可以以RNA作为模板进行自我复制，但是mRNA 不能作为模板进行自我复制。

答案：D 例4.（2008年四川卷第4题）下列关于病毒的描述，正确的是（）A．噬菌体通常在植物细胞中增殖B．病毒可作为基因工程的运载体C．青霉素可有效抑制流感病毒增殖D．癌症的发生与病毒感染完全无关解析：病毒根据其宿主细胞不同可分为植物病毒、动物病毒和细菌病毒，细菌病毒又称为噬菌体；基因工程中目前常用的运载体有质粒、噬菌体和动植物病毒；青霉素能抑制细菌细胞壁的合成从而抑制细菌的增殖；目前认为，致癌因子大致分为三类：物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子。

答案：B例5. (2013年新课标卷Ⅰ第4题)示意图甲、乙、丙、丁为某实验动物感染HIV 后的情况。

下列叙述错误的是( )A．从图甲可以看出，HIV感染过程中存在逆转录现象B．从图乙可以看出，HIV侵入后机体能产生体液免疫C．从图丙可以推测，HIV可能对实验药物a敏感D．从图丁可以看出，HIV对实验药物b 敏感解析：选D 从图甲中RNA→DNA的过程可知，HIV感染过程中存在逆转录现象；从图乙可以看出，HIV感染一段时间内，实验动物体内抗HIV抗体水平增加，说明机体能产生体液免疫；从图丙可看出，加入实验药物a后，T细胞的数量上升，说明HIV可能对实验药物a敏感；从图丁看出，加入实验药物b后，HIV浓度继续上升，说明HIV对实验药物b不敏感。

例6.（部分高考试题组编）艾滋病（AIDS）是目前威胁人类生命的重要疾病之一。

能导致艾滋病的HIV病毒是RNA病毒。

它感染人的T淋巴细胞，导致人的免疫力下降，使患者死于广泛感染。

请回答：（1）该病毒进入细胞后，能以为模板，在酶的作用下合成，并整合于人的基因组中。

（2）整合后它按照原则进行复制，又能以为模板合成，并进而通过过程合成病毒蛋白。

（3）如果将病毒置于细胞外，该病毒不能繁殖，原因是。

（4）HIV有Ⅰ和Ⅱ两种类型，其中Ⅰ型又有7个亚型。

Ⅰ型的基因组中4个主要基因的变异率最高可达22%，多达100种左右的HIV变异株是目前研制疫苗的主要困难，因此切断传播途径是唯一行之有效的预防措施。