轉(zhuǎn)錄
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轉(zhuǎn)錄是遺傳信息由DNA轉(zhuǎn)換到RNA的過(guò)程。作為蛋白質(zhì)生物合成的第一步，轉(zhuǎn)錄是mRNA以及非編碼RNA（tRNA、rRNA等）的合成步驟。
目錄 |
定義
轉(zhuǎn)錄（Transcription）是遺傳信息從DNA到 RNA的轉(zhuǎn)移。即以雙鏈DNA中的一條鏈為模板，以腺三
磷（ATP）、胞三磷（CTP）、鳥(niǎo)三磷（GTP）和尿三磷（UTP）4種核苷三磷酸為原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的過(guò)程?！ ?/p>
特點(diǎn)
轉(zhuǎn)錄是通過(guò)堿基互補(bǔ)的原則來(lái)生成一條帶有互補(bǔ)堿基的MRNA，通過(guò)它攜有的密碼子到核糖體中可以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的合成。與DNA的復(fù)制相比，有很多相同或相
似之處，亦有其自己的特點(diǎn)。
轉(zhuǎn)錄中，一個(gè)基因會(huì)被讀取被復(fù)制為mRNA。就是說(shuō)，以特定的DNA片斷作為模板，以DNA依賴(lài)的RNA合成酶作為催化劑，合成前體mRNA。
在體內(nèi)，轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一階段，并且是基因調(diào)節(jié)的主要階段。轉(zhuǎn)錄可產(chǎn)生DNA復(fù)制的引物。在反轉(zhuǎn)錄病毒感染中也起到重要作用。
轉(zhuǎn)錄僅以DNA的一條鏈作為模板。被選為模板的單鏈叫模板鏈，又稱(chēng)信息鏈，有義鏈；另一條單鏈叫非模板鏈。DNA上的轉(zhuǎn)錄區(qū)域稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄單位（transcription unit）。
RNA聚合酶合成RNA時(shí)不需引物，但無(wú)校正功能?！ ?/p>
舉例
DNA： ATCGAATCG （將此為非模板鏈）
TAGCTTAGC （將此為模板鏈）
轉(zhuǎn)錄出的 mRNA： AUCGAAUCG
可看出只是將非模板鏈的T改為U，所以模板鏈又叫無(wú)義鏈。這也是中心法則和堿基互補(bǔ)配對(duì)原則的體
現(xiàn)?！ ?/p>
逆轉(zhuǎn)錄
以RNA鏈為模板，經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶（即依賴(lài)于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA鏈，叫做逆轉(zhuǎn)錄。這種機(jī)制在RNA腫瘤病毒中首先發(fā)現(xiàn)。
RNA聚合酶是以DNA為模板的RNA聚合酶，也稱(chēng)轉(zhuǎn)錄酶。
原核生物的RNA聚合酶分子量很大，通常由5個(gè)亞基組成；σ，β，β′和兩個(gè)α亞基，可寫(xiě)作α2ββ′σ。含有5個(gè)亞基的酶叫全酶，失去σ亞基的叫核心酶（α2ββ′）。核心酶也能催化RNA的合成，但沒(méi)有固定的起始點(diǎn)，也不能區(qū)分雙鏈DNA的信息鏈與非信息鏈。σ亞基能識(shí)別模板上的信息鏈和啟動(dòng)子，因而保證轉(zhuǎn)錄能從固定的正確位置開(kāi)始。β和β′亞基參與和DNA鏈的結(jié)合。
真核生物RNA聚合酶有3類(lèi)（不包括真核細(xì)胞線(xiàn)粒體中類(lèi)似原核的RNA聚合酶），由8～12條亞基組成，分子量高達(dá)80萬(wàn)。初步的研究指出，它們也可能存在類(lèi)似原核的σ亞基組分?！ ?/p>
轉(zhuǎn)錄過(guò)程
在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，DNA模板被轉(zhuǎn)錄方向是從3′端向5′端；RNA鏈的合成方向是從5′端向3′端。RNA的
合成一般分兩步，第一步合成原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（過(guò)程包括轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)、延伸和終止）；第二步轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工，使無(wú)生物活性的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成有生物功能的成熟RNA。但原核生物mRNA的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物一般不需后加工就能直接作為翻譯蛋白質(zhì)的模板?！ ?/p>
原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的合成
啟動(dòng)
RNA聚合酶正確識(shí)別DNA模板上的啟動(dòng)子并形成由酶、DNA和核苷三磷酸（NTP）構(gòu)成的三元起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄即自此開(kāi)始。DNA模板上的啟動(dòng)區(qū)域常含有TATAATG順序，稱(chēng)普里布諾（Pribnow）盒或P盒。復(fù)合物中的核苷三磷酸一般為GTP，少數(shù)為ATP，因而原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5′端通常為三磷酸鳥(niǎo)苷（pppG）或腺苷三磷酸（pppA）。真核DNA上的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)區(qū)域也有類(lèi)似原核DNA的啟動(dòng)區(qū)結(jié)構(gòu)，和在-30bp（即在酶和DNA結(jié)合點(diǎn)的上游30核苷酸處，常以—30表示，bp為堿基對(duì)的簡(jiǎn)寫(xiě)）附近也含有TATA結(jié)構(gòu)，稱(chēng)霍格內(nèi)斯(Hogness)盒或 TATA盒。第一個(gè)核苷三磷酸與第二個(gè)核苷三磷酸縮合生成3′-5′磷酸二酯鍵后，則啟動(dòng)階段結(jié)束，進(jìn)入延伸階段?！ ?/p>
延伸
σ亞基脫離酶分子，留下的核心酶與DNA的結(jié)合變松，因而較容易繼續(xù)往前移動(dòng)。核心酶無(wú)模板專(zhuān)一性，能轉(zhuǎn)錄模板上的任何順序，包括在轉(zhuǎn)錄后加工時(shí)待切除的居間順序。脫離核心酶的σ亞基還可與另外的核心酶結(jié)合，參與另一轉(zhuǎn)錄過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)錄不斷延伸，DNA雙鏈順次地被打開(kāi)，并接受新來(lái)的堿基配對(duì)，合成新的磷酸二酯鍵后，核心酶向前移去，已使用過(guò)的模板重新關(guān)閉起來(lái)，恢復(fù)原來(lái)的雙鏈結(jié)構(gòu)。一般合成的RNA鏈對(duì)DNA模板具有高度的忠實(shí)性。RNA合成的速度，原核為25～50個(gè)核苷酸／秒，真核為45～100個(gè)核苷酸／秒?！ ?/p>
終止
轉(zhuǎn)錄的終止包括停止延伸及釋放RNA聚合酶和合成的RNA。在原核生物基因或操縱子的末端通常有一段終止序列即終止子；RNA合成就在這里終止。原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄終止需要一種終止因子ρ（四個(gè)亞基構(gòu)成的蛋白質(zhì)）的幫助。真核生物DNA上也可能有轉(zhuǎn)錄終止的信號(hào)。已知真核DNA轉(zhuǎn)錄單元的3′端均含富有AT的序列〔如AATAA(A)或ATTAA(A)等〕，在相隔0～30bp之后又出現(xiàn)TTTT順序（通常是3～5個(gè)T），這些結(jié)構(gòu)可能與轉(zhuǎn)錄終止或者與3′端添加多聚A順序有關(guān)?！ ?/p>
轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的后加工
mRNA前體的后加工
原核mRNA的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（除個(gè)別噬菌體外）都可直接用于翻譯，而真核mRNA一般都有相應(yīng)的前體，前體必須經(jīng)過(guò)后加工才能用于轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)。一般認(rèn)為，真核mRNA的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（也稱(chēng)原始轉(zhuǎn)錄前體）， hn RNA(hetero-geneous nuclear RNA，核不均一RNA），最終被加工成成熟的mRNA。
mRNA前體的后加工包括以下四方面：①裝上5′端帽子：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的5′端通常要裝上甲基化的帽子；有的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5′端有多余的順序，則需切除后再裝上帽子。②裝上3′端多聚A尾巴：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3′端通常由多聚A聚合酶催化加上一段多聚A，多聚A尾巴的平均長(zhǎng)度在20～200個(gè)核苷酸；有的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3′端有多余順序，則需切除后再加上尾巴。裝5′端帽子和3′端尾巴均可能在剪接之前就已完成。③剪接：將mRNA前體上的居間順序切除，再將被隔開(kāi)的蛋白質(zhì)編碼區(qū)連接起來(lái)。剪接過(guò)程是由細(xì)胞核小分子RNA（如U1RNA）參與完成的，被切除的居間順序形成套索形（即lariat RNA中間體）。④修飾：mRNA分子內(nèi)的某些部位常存在N6-甲基腺苷，它是由甲基化酶催化產(chǎn)生的，也是在轉(zhuǎn)錄后加工時(shí)修飾的。
有的真核mRNA前體，由于后加工的不同可產(chǎn)生兩種或兩種以上的mRNA（如人的降血鈣素基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物），因而能翻譯成兩種或兩種以上的多肽鏈?！ ?/p>
tRNA前體的后加工
目前分離得到的tRNA前體有兩類(lèi)：①含單個(gè)tRNA的tRNA前體，在5′端和3′端各有一段多余順序；②含二個(gè)tRNA的tRNA前體，除5′端和3′端有長(zhǎng)短不一的多余順序外，在兩個(gè)tRNA之間還有數(shù)目不等的核苷酸隔開(kāi)。有的真核tRNA前體的反密碼子環(huán)區(qū)含有一個(gè)居間順序。
原核和真核生物tRNA前體的后加工有相似的步驟：①修飾：對(duì)tRNA分子上的部分核苷酸進(jìn)行修飾（包括甲基化、內(nèi)切核酸酶將居間順序切除，產(chǎn)生帶有 2′，3′-環(huán)磷酸的5′半分子和含有5′羥基的3′半分子；然后兩個(gè)半分子分別在2′，3′-環(huán)磷酸二酯酶和多核苷酸激酶作用下使5′半分子露出了羥基和2′磷酸基，使3′半分子帶上5′磷酸基，這兩個(gè)半分子再先后經(jīng)過(guò)連接酶和磷酸單酯酶（去除2′磷酸基）的作用，最后生成成熟的tRNA。
rRNA前體的后加工
rRNA前體的后加工通常有如下步驟：①修飾：除5SrRNA外，rRNA分子上通常有修飾核苷酸（主要是甲基化核苷酸），它們都是在后加工時(shí)修飾的。一般認(rèn)為核糖2′羥基的甲基化在堿基甲基化之前；②剪切：在rRNA前體分子的多余順序處切開(kāi)，產(chǎn)生許多中間前體，然后再切除中間前體末端的多余順序；③剪接：有的真核生物rRNA前體中存在有居間順序的，須加工時(shí)除去。1982年T.R.切赫發(fā)現(xiàn)，在四膜蟲(chóng)（Tetrahymena）rRNA前體中，去除含有413個(gè)核苷酸的居間順序是由rRNA前體自身催化完成的。在 5′-鳥(niǎo)苷酸的促進(jìn)下經(jīng)過(guò)自身催化作用將居間順序切除，居間順序前后的兩個(gè)部分再連接起來(lái)，產(chǎn)生成熟的rRNA（5′-UpU-3′）和一個(gè)環(huán)狀RNA分子及一個(gè)15個(gè)核苷酸殘基的小片段。rRNA前體的自身催化作用表明 RNA具有類(lèi)似于酶的活性。這一發(fā)現(xiàn)突破了生物高分子中只有蛋白質(zhì)才有催化作用的觀念。同時(shí)對(duì)生物進(jìn)化與生命起源等研究都將有重要的意義?！ ?/p>
區(qū)別
真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄與原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄過(guò)程在總體上基本相同，但是，其過(guò)程要復(fù)雜得多，主要有以下幾點(diǎn)不同：
⒈ 真核生物RNA的轉(zhuǎn)錄是在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行的，而蛋白質(zhì)的合成則是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的。所以，RNA轉(zhuǎn)錄后首先必須從核內(nèi)運(yùn)輸?shù)?a href="/w/%E7%BB%86%E8%83%9E%E8%B4%A8" title="細(xì)胞質(zhì)">細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，才能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。
⒉ 真核生物一個(gè)mRNA分子一般只含有一個(gè)基因，原核生物的一個(gè)mRNA分子通常含有多個(gè)基因，而除少數(shù)較低等真核生物外，一個(gè)mRNA分子一般只含有一個(gè)基因，編碼一條多肽鏈。
⒊ 真核生物RNA聚合酶較多在原核生物中只有一種RNA聚合酶，催化所有RNA的合成，而在真核生物中則有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ三種不同酶，分別催化不同種類(lèi)型RNA的合成。三種RNA聚合酶都是由10個(gè)以上亞基組成的復(fù)合酶。RNA聚合酶Ⅰ存在于細(xì)胞核內(nèi)，催化合成除5SrRNA以外的所有rRNA的合成；RNA聚合酶Ⅱ催化合成mRNA前體，即不均一核RNA（hnRNA）的合成；RNA聚合酶Ⅲ催化tRNA和小核RNA的合成。
⒋ 真核生物RNA聚合酶不能獨(dú)立轉(zhuǎn)錄RNA 。原核生物中RNA聚合酶可以直接起始轉(zhuǎn)錄合成RNA ，真核生物則不能。在真核生物中，三種RNA聚合酶都必須在蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助下才能進(jìn)行RNA的轉(zhuǎn)錄。另外，RNA聚合酶對(duì)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的識(shí)別，也比原核生物更加復(fù)雜，如對(duì)RNA聚合酶Ⅱ來(lái)說(shuō)，至少有三個(gè)DNA的保守序列與其轉(zhuǎn)錄的起始有關(guān)，第一個(gè)稱(chēng)為T(mén)ATA框（TATA box），具有共有序列TATAAAA，其位置在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游約為25個(gè)核苷酸處，它的作用可能與原核生物中的－10共有序列相似，與轉(zhuǎn)錄起始位置的確定有關(guān)。第二個(gè)共有序列稱(chēng)為CCAAT框（CCAAT box），具有共有序列GGAACCTCT，位于轉(zhuǎn)錄起始位置上游約為50-500個(gè)核苷酸處。如果該序列缺失會(huì)極大地降低生物的活體轉(zhuǎn)錄水平。第三個(gè)區(qū)域一般稱(chēng)為增強(qiáng)子（enhancer），其位置可以在轉(zhuǎn)錄起始位置的上游，也可以在下游或者在基因之內(nèi)。它雖不直接與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體結(jié)合，但可以顯著提高轉(zhuǎn)錄效率?！ ?/p>
轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制
轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制是基因表達(dá)調(diào)節(jié)控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄叫正調(diào)節(jié)，抑制基因轉(zhuǎn)錄叫負(fù)
調(diào)節(jié)。
在原核生物方面1961年F.雅各布和J.莫諾提出的操縱子學(xué)說(shuō)，得到許多人的驗(yàn)證和充實(shí)。操縱子通常的調(diào)控方式為：①誘導(dǎo)和阻遏作用；②環(huán)腺苷酸（CAMP）和降解物活化蛋白（CAP）的調(diào)節(jié)作用；③弱化作用。
對(duì)真核細(xì)胞基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制目前知道得很少。同種高等生物每個(gè)個(gè)體的各個(gè)體細(xì)胞都有全套相同的基因，只是由于在發(fā)育過(guò)程中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制（包括轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)控制）不同，因而發(fā)育成各種不同的組織和器官。目前認(rèn)為，動(dòng)物（包括人）都含有癌基因，但有的致癌，有的則不致癌，這也可能是由于轉(zhuǎn)錄與翻譯的調(diào)控不同。另外，真核DNA中的結(jié)構(gòu)基因只占總量的10％左右，大部分DNA順序都可能起調(diào)節(jié)控制作用。真核生物也有誘導(dǎo)酶和誘導(dǎo)蛋白質(zhì)，如干擾素就是由病毒或雙鏈RNA等誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)?！ ?/p>
轉(zhuǎn)錄抑制劑
轉(zhuǎn)錄能被一些特異性的抑制劑抑制，有些抑制劑是治療某些疾病的藥物，有的則是研究轉(zhuǎn)錄機(jī)理的重要試劑。按照作用機(jī)理的不同，轉(zhuǎn)錄抑制劑分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)抑制劑特異性地與DNA鏈結(jié)合，抑制模板的活性，使轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。這類(lèi)抑制劑同時(shí)抑制DNA復(fù)制，例如：放線(xiàn)菌素D、紡錘菌素、遠(yuǎn)霉素、溴乙錠和黃曲霉素等。第二類(lèi)抑制劑作用于RNA聚合酶，使RNA聚合酶的活性改變或喪失，從而抑制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行。這類(lèi)抑制劑只抑制轉(zhuǎn)錄，不影響復(fù)制，是研究轉(zhuǎn)錄機(jī)制和RNA聚合酶性質(zhì)的重要工具，例如：利福平。
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