生物信息的传递

生物信息的传递(上)—从DNA到RNA

基因表达：是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。

转录(transcription)：以DNA为模板，按照碱基互补原则合成一条单链RNA，从而将DNA 中的遗传信息转移到RNA中去的过程称为转录。

编码链(coding strand)=有意义链

模板链(template strand)=反义链

不对称转录(asymmetric transcription)：转录仅发生在DNA的一条链上。

启动子(promoter)：是DNA转录起始信号的一段序列，它能指导全酶与模板正确的结合，并活化酶使之具有起始特异性转录形式。

终止子(terminator)：转录终止的信号，其作用是在DNA模板特异位置处终止RNA的合成。

转录单位：DNA链上从启动子直到终止子为止的长度称为一个转录单位。

3.1 RNA的转录

转录的基本过程都包括：模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。

1、模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始前，启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。

2、转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。

3、转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。

4、RNA聚合酶离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。

5、当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA 杂合物分离，这就是转录的终止。

3.1.1 转录的基本过程

RNA合成的基本特点：

1.底物是：ATP、GTP、CTP、UTP

2.在聚合酶作用下形成磷酸酯键

3.RNA的碱基顺序由DNA的顺序决定

4.仅以一条DNA链作为模板

5.合成方向为5’→3’

6.合成中不需要引物

3.1.2 转录机器的主要成分

原核生物RNA聚合酶：

亚基基因相对分子量亚基数组分功能

αrpoA 3.65×10 4 2 核心酶核心酶组装，

启动子识别βrpoB 1.51×10 5 1 核心酶β和β’共同形成

RNA合成的活性中心

β’rpoC 1.55×10 5 1 核心酶

？11×10 4 1 核心酶未知

σrpoD 7.0×10 4 1 σ因子存在多种σ因子，用

于识别不同的启动子

1、RNA聚合酶

大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的，大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基、一个β亚基、一个β’亚基和一个ω亚基组成，称为核心酶。加上一个σ亚基后则成为聚合酶全酶（holoenzyme），相对分子质量为4.65×105。研究发现，由β和β’亚基组成了聚合酶的催化中心，它们在序列上与真核生物RNA聚合酶的两个大亚基有同源性。β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。

σ因子可以极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力，加入σ因子以后，RNA 聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了107倍。

σ因子的作用是负责模板链的选择和转录的起始，

转录的起始从化学过程来看是单个核苷酸与开链启动子-酶复合物相结合构成新生RNA的5’端，再以磷酸二酯键的形式与第二个核苷酸相结合，起始的终止反映在σ因子的释放。过去认为二核苷酸的形成就是转录起始的终止，实际上，只有当新生RNA链达到6-9个核苷酸时才能形成稳定的酶-DNA-RNA三元复合物，才释放σ因子，转录进入延伸期。

真核生物RNA聚合酶

真核生物中共有3类RNA聚合酶。真核生物RNA聚合酶一般有8-14个亚基所组成，相对分子质量超过5×105。

除了细胞核中的RNA聚合酶之外，真核生物线粒体和叶绿体中还存在着不同的RNA聚合酶。线粒体RNA聚合酶只有一条多肽链，相对分子质量小于7×104，是已知最小的RNA 聚合酶之一，与T7噬菌体RNA聚合酶有同源性。叶绿体RNA聚合酶比较大，结构上与细菌中的聚合酶相似，由多个亚基组成，部分亚基由叶绿体基因组编码。线粒体和叶绿体RNA 聚合酶活性不受α-鹅膏覃碱所抑制。

常用的转录抑制剂及其作用：

抑制剂靶酶抑制作用

利福霉素细菌的全酶与β亚基结合，阻止起始

链霉溶菌素细菌的核心酶与β亚基结合，阻止延长

放线菌素D 真核RNA聚合酶Ⅰ与DNA结合，并阻止延长

α-鹅膏蕈碱真核RNA聚合酶Ⅱ与RNA聚合酶Ⅱ结合

起始复合物的形成

转录可被分为4个阶段，即启动子的选择、转录起始、RNA链的延伸和终止。

原核生物中：启动子选择阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子的识别，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭复合物（closed complex）。

真核生物RNA聚合酶Ⅱ所形成的转录起始复合物：除了RNA聚合酶之外，真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助因子参与

一般情况下，该复合物可以进入两条不同的反应途径，

一是合成并释放2-9个核苷酸的短RNA转录物，即所谓的流产式起始；

二是尽快释放σ亚基，转录起始复合物通过上游启动子区并生成由核心酶、DNA和新生RNA 所组成的转录延伸复合物。

RNA聚合酶的核心酶虽可合成RNA，但不能找到模板DNA上的起始位点。

只有带б因子的全酶才能专一地与DNA上的启动子结合，选择其中一条链作为模板，合成均一的产物。б因子的作用只是起始而已，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，而由核心酶负责RNA链的延伸。因此，聚合酶全酶的作用是启动子的选择和转录的起始，而核心酶的作用是链的延伸。

真核生物RNA Pol II的转录起始复合物

真核生物转录起始除RNA聚合酶外，至少还需要7种辅助因子参与，如TBP，TFIIA，TFIIB，TFIID，TFIIE，TFIIF和TFIIH。

3.2 启动子与转录起始

2、启动子与转录起始

启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与范本DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。

转录的起始是基因表达的关键阶段，而这一阶段的重要问题是RNA聚合酶与启动子的相互作用。