转录过程模板和酶

第一节模板和酶

概述

1、转录的概念——生物体以DNA为模板，以NTP为原料，在RNA聚合酶的催化下，合成RNA的过程，称为转录。即把DNA的碱基序列抄录成RNA的碱基序列。转录是基因表达的核心步骤。

2、转录的产物

转录的产物包括：mRNA; tRNA; rRNA等。mRNA把遗传信息从染色体内贮存的状态转送至胞质，作为蛋白质合成的直接模板， tRNA;rRNA不用作翻译的模板，但参与蛋白质的生物合成。

，比较如下：

3、转录与复制的异同

转录与复制都是酶促的核苷酸聚合过程，有许多相似之处，也有许多不同的地方。

相同：①模板：DNA；②原料：三磷酸核苷酸；③遵守碱基配对规律；④模板阅读方向：3′→5′；新链合成方向：5′→3′；⑤酶：依赖DNA的聚合酶；⑥产物：

多核苷酸链

不同：复制转录

模板 DNA双链 DNA模板链

原料 dNTP NTP

配对A→T，G→C A→U，T→A，G→C

酶 DDDP 、解螺旋酶、引物酶 DDRP

拓扑酶、连接酶

产物子代DNA（半保留） RNA（mRNA、tRNA、rRNA等）

引物 + —

第一节模板和酶

转录需要的原料是转录模板和聚合酶。转录时，DNA双链中一股单链用作模板链（template strand )，按碱基配对规律指引核苷酸的聚合，催化聚合的酶是依赖DNA的RNA 聚合酶（DNA dependent RNA polymerase, RNA-pol。）转录是有选择性的，能转录出RNA 的DNA区段，称为结构基因。

一、转录模板

即为DNA的一股链。

1、模板链

定义：转录时，DNA双链中能作为模板转录生成RNA的那一股链，称为模板链，也称有意义链或Waston链。

2、编码链

定义：与模板链相对的另一股单链称编码链，也称反义链或Crick链。

模板链既与编码链互补，又与mRNA互补，可见mRNA的碱基序列除用U代替T外，与编码链是一致的。如下图：

3、不对称转录——在转录过程中DNA双链中仅有一股链的某个区段可作为模板指导RNA 合成；不同的基因其转录时的模板链可能不同，转录的这种选择性，称为不对称转录。这是转录的特点。

不对称转录的含义：

1、DNA分子上一股可转录，另一股不转录。

2、模板链并非永远在同一单链上。

[图示]

4、结构基因

定义：DNA分子中能转录出 mRNA，然后指导蛋白质合成的部分称之。有的基因可能转录出rRNA、tRNA，也属结构基因。换句话说，凡是能转录出RNA的DNA区段，均称为结构基因。其余部分则不是。

二、RNA聚合酶（转录酶 transcriptase, RNA-pol)

（一）原核生物的RNA聚合酶

RNA聚合酶也称转录酶（transcriptase) ，全称依赖DNA的RNA聚合酶(DDRP)。目前研究

比较透彻的是E.coli的RNA聚合酶。其它原核生物的RNA聚合酶在结构、组成、功能上都与E.coli的RNA聚合酶相似。

组成：全酶由5个亚基组成：即α2ββ′б，其中б亚基易脱落。既辩认转录起始点，又有催化聚合功能，参与转录起始。

核心酶由α2ββ′亚基组成，具有催化聚合功能，不能辩认起始点，但参与转录的延长。

各亚基的功能：

α亚基——决定哪些基因被转录

β亚基——与转录全过程有关 (催化）

β′亚基——结合DNA模板（开链）

б亚基——辩认起始点。

原核生物的σ、β亚基

1、原核生物的σ亚基已发现多种，典型者为σ70

2、参与热休克（应激 heat shock)应答反应必需的σ32因子：辨认与典型的-35和-10序列完全不同的启动子序列，以控制一套热休克基因的表达。

3、原核生物的RNA聚合酶，都受利福平或利福霉素的抑制，它专一性地结合RNA聚合酶的β亚基，在转录开始后才加入利福平，仍能发挥其抑制转录的作用，这就说明β亚基是在转录全过程都起作用的。

（二）真核生物的RNA聚合酶

已发现三种RNA聚合酶分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，专一性地转录不同的基因，生成不同的产物。鹅膏蕈碱是真核生物RNA聚合酶的特异性抑制剂，但敏感性不同。由于hnRNA为mRNA前体，而mRNA在各种RNA中寿命最短，最不稳定，需经常合成，故酶II被认为是最重要的酶。

三、模板与酶的辩认结合

转录开始时需要模板与酶的辨认，有特别的辨认“信号”。

操纵子（operon）：原核生物的转录单位定义。

启动子：

为DNA链上一段能被RNA聚合酶识别、结合并启动转录的区域，又称转录起始区。

特点：启动区长约40~ 60bp;富含A，T；位于结构基因上游（3′端）。

结构：启动区多为40~60bp的片段，包括三个部分

1、识别区（辨别区）：与起始点的辨认有关，由全酶б因子辨认，位于-35bp左右，多具有5′-TTGACA-的序列。又称—35区。

2、结合区：为RNA聚合酶紧密结合区，结合后使DNA解链，位于-10bp左右，具有5′-TA TAA TPu的序列，称为Pribnow-box。或称—10区。

3、转录起始位点：由全酶催化两个核苷酸生成第一个磷酸二酯键。

[真核细胞的启动区在—30区，又称TA TAbox或Hogness box。]

[图示]

第二节转录过程

转录也跟复制一样，分起始、延长、终止三个阶段。首先看原核生物的转录。

一、原核生物的转录过程

（一）原核生物的转录起始

1、转录的起始就是生成一个转录起始复合物

由RNA-pol(α2、β、β’σ)-DNA-pppGpN-OH 3 组成。

RNA聚合酶全酶辨认、结合到模板的启动区，靠σ因子辨认转录起点，使DNA解开成单链，形成复制叉，需诸多因子和酶的辅助。转录复合物即为RNA聚合酶的核心酶、DNA模板和转录产物RNA三者结合在一起的复合体。

2、解开DNA双链，形成“转录空泡”。

解链的范围不大（10—20bp）——形成转录空泡。

[图示]

3、起动复合物形成，转录开始：

不需引物，RNA聚合酶在起始部位催化两个核苷酸形成磷酸二酯键。第一个核苷酸常为GTP，GTP与随后的NTP生成PPPGPN′-OH，仍保留三磷酸鸟苷状态。因此常把[RNA聚合酶全酶-DNA-pppGpN′-OH]称为转录的起始复合物。

4、б因子从全酶脱落，可重复利用。

（二）、转录的延长