備課素材：勞氏肉瘤病毒的特點(diǎn)及逆轉(zhuǎn)錄 高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

勞氏肉瘤病毒的特點(diǎn)及逆轉(zhuǎn)錄先看一道試題：遺傳信息傳遞方向可用下圖表示。下列敘述正確的是（

）A．勞氏肉瘤病毒的RNA可通過逆轉(zhuǎn)錄合成單鏈DNAB．煙草花葉病毒的RNA可通過復(fù)制將遺傳密碼傳遞給子代C．果蠅體細(xì)胞中核DNA分子通過轉(zhuǎn)錄將遺傳信息傳遞給子代D．洋蔥根尖細(xì)胞中DNA聚合酶主要在G2期通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成

答案：A

解析：勞氏肉瘤病毒的RNA可通過逆轉(zhuǎn)錄合成單鏈DNA，形成RNA－DNA中間體。中間體的RNA被RNA酶水解，進(jìn)而在DNA聚合酶的作用下，由DNA復(fù)制成雙鏈DNA，A正確；煙草花葉病毒的RNA可通過復(fù)制將遺傳信息傳遞給子代，B錯(cuò)誤；果蠅體細(xì)胞中核DNA分子通過復(fù)制將遺傳信息傳遞給子代，C錯(cuò)誤；洋蔥根尖細(xì)胞中DNA聚合酶主要在G1期通過轉(zhuǎn)錄和翻譯合成，D錯(cuò)誤。這道試題提到了勞氏肉瘤病毒及其遺傳信息傳遞。教材中沒有涉及。那么，勞氏肉瘤病毒是一種什么病毒？有什么特點(diǎn)？勞氏肉瘤病毒是RNA病毒的一種，屬逆轉(zhuǎn)錄病毒科，是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)致瘤病毒。該病毒的發(fā)現(xiàn)算是人類對(duì)腫瘤成因的最早的探索了。

1910年，美國(guó)病理學(xué)家勞斯（F.P.Rous）發(fā)現(xiàn)，把禽類的惡性肉瘤的組織液經(jīng)伯克菲爾德濾筒（一種硅藻土濾器）濾出液接種于另外一些正常雞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些正常雞也生長(zhǎng)出具有與病禽肉瘤一樣的惡性腫瘤，并從濾液中分離出能引起肉瘤的因子，繼而又把該因子稱之為勞氏肉瘤病毒。

勞氏肉瘤病毒屬于動(dòng)物病毒中的單鏈RNA病毒類，是逆轉(zhuǎn)錄病毒。勞氏肉瘤病毒的結(jié)構(gòu)分為三層：外層為脂被膜，中層是蛋白質(zhì)衣殼，內(nèi)部含有RNA和蛋白質(zhì)。

逆轉(zhuǎn)錄病毒是RNA病毒的一種，它們的遺傳信息不是存錄在DNA，而是存錄在核糖核酸RNA上，此類病毒多具有逆轉(zhuǎn)錄酶。

逆轉(zhuǎn)錄病毒的最基本特征是在生命過程活動(dòng)中，有一個(gè)從RNA到DNA的逆轉(zhuǎn)錄過程，即病毒在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，以病毒RNA為模板，合成互補(bǔ)的負(fù)鏈DNA后，形成RNA－DNA中間體。中間體的RNA被RNA酶水解，進(jìn)而在DNA聚合酶的作用下，由DNA復(fù)制成雙鏈DNA。如果病毒的序列里直接帶有致癌基因，表達(dá)出來的蛋白能影響細(xì)胞的正常生理過程，使之變成無限增殖的惡變細(xì)胞，那么這個(gè)被“轉(zhuǎn)基因”的宿主細(xì)胞就會(huì)發(fā)生癌變。這類病毒就是所謂的“致癌病毒”。

事實(shí)上，之后從這種病毒感染的雞體內(nèi)分離出來的癌基因就是人類認(rèn)識(shí)到的第一種癌基因Src。

現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的主要致癌的病毒（人類）包括：1．人類乳突瘤病毒（HPV，乳突瘤病毒科）－宮頸癌。2．乙肝/丙肝病毒（HBV/HCV，肝DNA病毒科）－肝癌。3．人類T淋巴細(xì)胞白血病病毒（HTLV，逆轉(zhuǎn)錄病毒科）－淋巴瘤（這是艾滋病毒HIV的近親，HIV曽用名就是HTLV-II）。4．EB病毒（EBV，皰疹病毒科）－淋巴瘤。逆轉(zhuǎn)錄酶首先是由霍華德·馬丁·特明在勞氏肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)的，同年，由巴爾的摩獨(dú)立從兩種RNA腫瘤病毒：R-小鼠白血病病毒（R-MLV）以及在勞氏肉瘤病毒中分離出來。由于發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，證明病毒自我復(fù)制通過RNA逆轉(zhuǎn)錄酶來實(shí)現(xiàn)，為RNA逆轉(zhuǎn)錄DNA提供了有力的證據(jù)，從而改變了分子生物學(xué)的一個(gè)法則，即“遺傳信息總是從DNA流入RNA”。兩人在1975年共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。?1.逆轉(zhuǎn)錄酶和反轉(zhuǎn)錄過程逆轉(zhuǎn)錄酶，又稱反轉(zhuǎn)錄酶，RT酶。逆轉(zhuǎn)錄酶具有三種酶的活性，一是RNA為模板的DNA聚合酶，即以RNA為模板，以dNTP為底物，根據(jù)堿基配對(duì)的原則，按5'-3'方向合成一條與RNA模板互補(bǔ)的單鏈DNA，這條DNA單鏈叫做互補(bǔ)DNA(cDNA)（如圖）。由逆轉(zhuǎn)錄酶催化合成的cDNA與模板RNA形成的雜交分子，二是具有RNA水解酶（RNaseH）的活性，從RNA5'端水解掉RNA分子；三是具有DNA鏈為模板的DNA聚合酶的活性，即cDNA鏈為模板，以dNTP為底物，再合成第二條DNA分子，形成雙鏈DNA分子。含有逆轉(zhuǎn)錄酶的病毒叫做反轉(zhuǎn)錄病毒，逆轉(zhuǎn)錄酶催化的反應(yīng)叫反轉(zhuǎn)錄。在這個(gè)過程中，遺傳信息流動(dòng)的方向是從RNA到DNA，正好與轉(zhuǎn)錄過程相反，故稱反轉(zhuǎn)錄。2.逆轉(zhuǎn)錄病毒RSV增殖的過程逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組為正鏈RNA，但沒有mRNA的翻譯模板活性，因而缺少侵染性。這類病毒基因組的RNA首先必須在自身的逆轉(zhuǎn)錄酶作用下進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄?？茖W(xué)家經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)錄的原理：當(dāng)RNA致癌病毒，如鳥類勞氏肉瘤病毒（RSV）進(jìn)入宿主細(xì)胞后，其逆轉(zhuǎn)錄酶先催化合成與病毒RNA互補(bǔ)的DNA單鏈，繼而復(fù)制出雙螺旋DNA，并經(jīng)另一種病毒酶的作用整合到宿主的染色體DNA中，這個(gè)整合的DNA可能會(huì)潛伏數(shù)代，不表達(dá)，等到適合的條件時(shí)被激活，然后DNA被整合到宿主基因組中，并與宿主基因組一起復(fù)制，再利用宿主的酶系統(tǒng)（RNA聚合酶）轉(zhuǎn)錄成相應(yīng)的RNA（mRNA和新的+RNA），其中一部分作為病毒的遺傳物質(zhì)（+RNA），另一部分則作為mRNA翻譯成病毒特有的蛋白質(zhì)（核心蛋白、基質(zhì)蛋白、衣殼蛋白和核酸結(jié)合蛋白）。最后，+RNA和蛋白質(zhì)被組裝成新的病毒粒子（如圖）。在一定的條件下，整合的DNA也可使細(xì)胞轉(zhuǎn)化成癌細(xì)胞。這是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的可引起動(dòng)物實(shí)質(zhì)腫瘤的病毒，從而開辟了一個(gè)研究腫瘤與病毒關(guān)系的新領(lǐng)域，這一領(lǐng)域不但對(duì)了解腫瘤成因，而且對(duì)了解正常細(xì)胞如何轉(zhuǎn)變成腫瘤細(xì)胞也十分重要。例、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體是目前應(yīng)用較多的動(dòng)物基因工程載體之一。運(yùn)用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體可以將外源基因插入到受體細(xì)胞染色體，使外源基因隨染色體DNA一起復(fù)制和表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組的核心部分包括三個(gè)基因:Gag基因(編碼病毒的核心蛋白)、pol基因(編碼逆轉(zhuǎn)錄酶)、env基因(編碼病毒的表面糖蛋白)。位于這些基因的兩端有LTR序列(含有啟動(dòng)子、調(diào)節(jié)基因等)，控制著逆轉(zhuǎn)錄基因組核心基因的表達(dá)及轉(zhuǎn)移。下圖是構(gòu)建逆轉(zhuǎn)錄病毒載體及用于培育轉(zhuǎn)基因小鼠的過程?；卮鹣铝袉栴}:（1）逆轉(zhuǎn)錄病毒主要組成物質(zhì)有

。（2）催化過程①的酶是

，過程②③中需要的工具酶分別是

，過程④⑤常用的導(dǎo)入方法是

。（3）過程③中,外源基因一定要插入到病毒DNA的LTR序列中的啟動(dòng)子后,其主要目的是

。（4）過程④中,導(dǎo)入病毒蛋白編碼基因(Gag、pol和env)的目的是

。（5）如利用牛乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)人胰島素,則應(yīng)在構(gòu)建基因表達(dá)載體時(shí),使目的基因與

等調(diào)控組件重組在一起,一般導(dǎo)入牛

細(xì)胞中,最終牛的乳汁中就含有人胰島素。答案：（1）RNA和蛋白質(zhì)

（2）逆轉(zhuǎn)錄酶

限制核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶

顯微注射法

（3）控制外源基因的表達(dá)與轉(zhuǎn)移

（4）合成組成病毒的蛋白質(zhì)

（5）乳腺蛋白基因的啟動(dòng)子

受精卵解析：本題考查了基因工程的有關(guān)知識(shí)。（1）逆轉(zhuǎn)錄病毒主要組成物質(zhì)有RNA和蛋白質(zhì)。（2）過程①是以RNA為模板合成DNA，其酶是逆轉(zhuǎn)錄酶，過程②是提取目的基因，③是將目的基因和與載體結(jié)合，需要的工具酶分別是限制核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶，過程④⑤都是導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞，常用的導(dǎo)入方法是顯微注射法。（3）過程③中，外源基因一定要插入到病毒DNA的LTR序列中的啟動(dòng)子后，啟動(dòng)子是RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)，啟動(dòng)外源基因的轉(zhuǎn)錄，其主要目的是控制外源基因的表達(dá)與轉(zhuǎn)移。（4）過程④中,導(dǎo)入病毒蛋白編碼基因(Gag、pol和env