Buzz
- Tổng hợp ngược là quá trình tạo ra chuỗi DNA đơn từ RNA thông tin.
- Quá trình này chỉ diễn ra nhờ một loại enzyme đặc biệt gọi là enzyme tổng hợp ngược.
- Trong hình 1:
- Quá trình từ DNA tạo ra RNA gọi là tổng hợp, được điều khiển bởi enzyme tổng hợp RNA polymerase.
- Còn quá trình ngược lại, từ RNA tạo ra DNA, gọi là tổng hợp ngược, do enzyme tổng hợp ngược (reverse transcriptase, viết tắt: RT) thực hiện.
- Vì quá trình này tạo ra DNA, enzyme này có chức năng tương tự như enzyme DNA-polymeraza trong quá trình nhân đôi DNA; nhưng do dựa vào RNA làm khuôn mẫu, nên tên đầy đủ của nó trong các tài liệu Sinh học hoặc Di truyền học phân tử là DNA-polymerase phụ thuộc RNA (RNA-dependent DNA polymerase) hoặc DNA-polymerase chỉ định bởi RNA (RNA-directed DNA polymerase).
Nguồn gốc của thuật ngữ
- Francis Crick, một trong những nhà khoa học đầu tiên khám phá vai trò chủ chốt của DNA trong di truyền học, đã chỉ ra rằng trái ngược với quan điểm trước đây cho rằng protein mới là yếu tố quyết định di truyền, thực tế DNA đóng vai trò trung tâm: DNA tạo ra RNA, và RNA tiếp tục tổng hợp ra protein, từ đó tạo nên các đặc điểm di truyền. Quan điểm này được biểu diễn qua sơ đồ nổi tiếng: DNA RNA Protein. Đây là nội dung của lý thuyết trung tâm của ông.
- Quá trình 'DNA RNA' trong sơ đồ trên chính là tổng hợp. Tuy nhiên, nhờ sự tiến bộ trong nghiên cứu và công nghệ, đã phát hiện ra rằng RNA có thể tổng hợp ra DNA, điều này ngược lại với sơ đồ trên, tức là: RNA DNA và quá trình này được gọi là tổng hợp ngược.
- Khái niệm tổng hợp ngược được dịch từ thuật ngữ tiếng Anh: 'retrotranscription' hoặc 'reverse transcription', cũng có thể gọi là 'sao chép ngược' hoặc 'sao mã ngược', dùng để chỉ quá trình mà RNA thông tin được dùng làm khuôn để tạo ra bản sao DNA bổ sung. Bản sao DNA này là một chuỗi đơn, bổ sung với RNA mẫu, được gọi là DNA bổ sung (complementary DNA, viết tắt: cDNA). Xem thêm chi tiết về dạng này trên trang DNA bổ sung.
- Quá trình tạo ra DNA bổ sung cần có enzyme tổng hợp ngược - thuật ngữ tiếng Anh: retrotranscriptase. Đây là một nhóm protein có khả năng xúc tác quá trình tổng hợp ngược, còn được gọi là reverse transcriptase hoặc đơn giản là revertaza.
Lịch sử phát hiện
| DNA-pôlymêraza phụ thuộc RNA. | |||
|---|---|---|---|
| Hình 2: Mô hình tinh thể enzym phiên mã ngược của một chủng HIV. | |||
| Danh pháp | |||
| Ký hiệu | RVT_1 | ||
| Pfam | PF00078 | ||
| Pfam clan | CL0027 | ||
| InterPro | IPR000477 | ||
| PROSITE | PS50878 | ||
| SCOP | 1hmv | ||
| CDD | cd00304 | ||
| |||
Cơ chế hoạt động
Trong virus
Thông thường, enzyme RT (phiên mã ngược) cần có một khuôn RNA phù hợp để thực hiện chức năng của nó.
- Ví dụ, HIV mang theo hai phân tử RNA (hình S ngược tối màu trong sơ đồ bên phải của hình 3), và được trang bị sẵn hai enzyme RT tương thích. Khi xâm nhập vào cơ thể người, enzyme RT sẽ tạo ra DNA bổ sung (cDNA) từ mẫu RNA của chính nó, mặc dù nó sử dụng toàn bộ nguyên liệu của tế bào người.
- Sau đó, cDNA này được chuyển đổi thành DNA hai mạch xoắn kép nhờ vào hệ thống nhân đôi và nguyên liệu của tế bào người.
- Cuối cùng, DNA hai mạch này sẽ tiếp tục hoạt động trong tế bào T của người (như sơ đồ bên trái của hình 3).
Sơ đồ chi tiết hơn có thể thấy trong hình 4.
Ở sinh vật nhân thực
Sau phát hiện quan trọng của Barbara McClintock, người ta nhận thấy rằng phiên mã ngược không chỉ tồn tại trong virus mà còn xuất hiện tự nhiên trong bộ gen của sinh vật nhân thực, bao gồm cả con người. Hệ thống RT này đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển vị ngược, góp phần vào sự tái tổ hợp không tương đồng, làm cho sinh vật trở nên phong phú và đa dạng hơn. Xem thêm chi tiết về chủ đề này trên trang Nhân tố chuyển vị ngược (retrotransposons).
Ngay cả trong quá trình hình thành cấu trúc đầu mút nhiễm sắc thể (telomere) ở người và nhiều sinh vật khác, cũng cần có enzyme RT đặc biệt gọi là telomerase.
Cơ chế hoạt động của các enzyme RT trong các trường hợp trên rất phức tạp và không được trình bày trong tài liệu này. Bạn có thể tham khảo thêm các nguồn như Nhân tố chuyển vị ngược LTR, Gen nhảy, v.v.
