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基因的转录、转录后

加工及逆转录

转录 (transcription)是以DNA单链为模板，NTP为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。与DNA的复制相比，有很多相同或相似之处，亦有其特点，它们之间的异同可简要示于表13-1

转录的模板是单链DNA，与复制的模板有较多的不同特点，引出了下列相关概念。转录过程只以基因组DNA中编码RNA（mRNA、tRNA、rRNA及小RNA）的区段为模板。把DNA分子中能转录出RNA的区段，称为结构基因（structure gene）。结构基因的双链中，仅有一股链作为模板转录成RNA，称为模板链(template strand)，也称作Watson（W）链(Watson strand)、负（-）链(minus strand)或反意义链(antisense strand)。与模板链相对应的互补链，其编码区的碱基序列与mRNA的密码序列相同（仅T、U互换），称为编码链(coding strand)，也称作Crick（C）链（Crick strand）、正（+）链(plus strand)，或有意义链(sense strand)。不同基因的模板链与编码链，在DNA分子上并不是固定在某一股链，这种现象称为不对称转录(asymmetric transcription)。模板链在相同双链的不同单股时，由于转录方向都从5’→3’，表观上转录方向相反，如图13-1。 与DNA复制类似，转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子有所不同，转录过程及转录后的加工修饰亦有差异。下面的讨论中将分别叙述。

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参与转录的酶

转录酶（transcriptase）是依赖DNA的RNA聚合酶（DNA dependent RNA polymerase，DDRP），亦称为DNA指导的RNA聚合酶（DNA directed RNA

polymerase），简称为RNA聚合酶（RNA pol）。它以DNA为模板催化RNA的合成。

原核生物和真核生物的转录酶，均能在模板链的转录起始部位，催化2个游离的

NTP形成磷酸二酯键而引发转录的起始，如图13-2所示。因此，转录的起始不需引物，这也是转录与复制在起始阶段的一大区别。 一、原核生物的RNA聚合酶

细菌中只发现一种RNA聚合酶，能催化mRNA，tRNA和rRNA等的合成，研究得比较清楚的是大肠杆菌（E coli）的RNA聚合酶。 （一）大肠杆菌RNA聚合酶的组成

大肠杆菌RNA聚合酶的分子量约450kDa，由四种5个亚基（α2ββ′σ）组成全酶（holoenzyne），σ亚基与全酶疏松结合，在胞内、外均容易从全酶中解离，解离后的部分（α2ββ′）称为核心酶（core enzyme）。通过利福霉素等抑制转录的实验研究，对转录酶各亚基的功能已有一定的认识：α亚基可能参与全酶的组装及全酶识别启动子，从而决定哪些基因可转录；β亚基与底物（NTP）及新生RNA链结合；β′亚基与模板DNA结合；β和β′亚基组成酶的活性中心，通过DNA的磷酸基团与核心酶的碱性基团间的非特异性吸附作用，核心酶能与模板DNA非特异性松驰结合；σ亚基的功能是识别启动子，辩认转录起始点，但不能单独与DNA模板结合，当它与核心酶结合时，可引起酶构象的改变，从而改变核心酶与DNA结合的性质，使全酶对转录起始点的亲和力比其他部位高4个数量级，在转录延长阶段，σ亚基与核心酶分离，仅由核心酶参与延长过程。因此，σ亚基实际上被认为是一种转录辅助因子，因而称为σ因子(σfactor)。 （二）σ因子

生物体在生命周期的不同阶段或在内、外环境有所变化时，其基因表达有一定的时、空顺序，以适应生长、发育及环境变化的需要。RNA聚合酶的活性是决定基因表达的重要一环。而σ因子是RNA聚合酶识别及结合启动子的亚基，原核生物中所有RNA的转录都由同一种RNA聚合酶催化，在生命周期的不同阶段或不同环境下，这个酶如何识别所有转录单位的启动子，是由识别启动子的σ因子来完成的。

基因启动子 -35和-10区的共有序列（图13-3）是σ因子识别的位点，如表13-2所示，不同的σ因子能识别的共有序列可以完全不同。 二、真核生物的RNA聚合酶

真核生物的RNA聚合酶已发现有三种，称为RNA聚合酶I、II和III，分别负责转录不同的RNA，它们对特异性抑制剂鹅膏蕈碱的敏感性亦有差异，如表13-3所示。

第二节转录过程

转录是生物合成RNA的过程，与复制相似，有起始、核苷酸链延长和链合成终止

三个阶段。 一、转录的起始

转录的起始，就是形成转录起始复合物的过程。这一阶段反应所需的辅助因子，在原核生物与真核生物之间有较大的差异。 ㈠原核生物转录的起始

转录的起始由RNA聚合酶与DNA模板的启动子(promoter)结合。

经过对百种以上原核生物不同基因的启动子进行分析，发现启动子具有下列的共同点：在-10bp处有一段共有序列（consensus sequence），富含AT，即 –TATAAT-，系Pribnow等首先发现，因而称为Pribnow盒（box），再往上游-35bp的中心处又有一组保守的共有序列，即-TTGACT-。启动子邻近的结构示如图13-3。 结合过程可分为二个步骤，首先由σ因子辨认启动子的–35区，全酶与该区结合，形成疏松的复合物，此时DNA双链未解开，因而称为封闭型转录起始复合物，继而RNA聚合酶移向–10区及转录起始点，在–20区处DNA发生局部解链，形成12～17bp的单链区，RNA聚合酶与DNA结合更紧密，形成开放型转录起始复合物。以单链的模板链为模板，RNA聚合酶上的起始位点和延伸位点被相应的NTP占据，聚合酶的β亚基催化第一个磷酸二酯键的生成，σ亚基从全酶解离，形成DNA-RNA聚合酶（核心酶）结合在一起的起始延伸复合物。 ㈡ 真核生物转录的起始

真核生物有三种RNA聚合酶，分别催化不同RNA的合成，每种酶都需要一些蛋白质辅助因子，称为转录因子(transcription factor,TF)。为方便讨论，转录因子的命名冠以聚合酶的名称。如RNA聚合酶Ⅱ所需的转录因子称为转录因子Ⅱ（transcription factorⅡ, TFⅡ）。

1. RNA聚合酶I催化的转录起始RNA聚合酶I催化前rRNA（40S RNA）的合成。前rRNA基因转录起始点上游有两个顺式作用元件（cis acting element），一个是跨越起始点的核心元件（core element），另一个在–100bp处有上游调控元件（upstream control element,UCE）。RNA聚合酶I催化的转录需要2种转录因子，分别称为上游结合因子（upstream binding factor,UBF）和选择性因子1（selective factor1,SL1）。SL1含有4个亚基，一个是TATA盒结合蛋白（TATA-binding protein,TBP），另3个是TBP相关因子（TBP-associated factors,TAF）。UBF与DNA结合令模板DNA发生弯曲，使相距上百bp的UCE和核心元件靠拢，接着SL1和pol I相继结合到UBF-DNA复合物上，完成起始复合物的组建,开始转录,如图13-4所示。 2．RNA聚合酶II催化的转录起始

RNA聚合酶II催化各种前体mRNA的合成。研究表明，RNA聚合酶II催化的转录