分子生物学 第 3 章 第 2 节：RNA 转录的基本过程
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3.2.1 RNA 转录与 DNA 复制的比较
| 比较方面 | DNA 复制 | RNA 转录 |
|---|---|---|
| 是否需要引物 | DNA 聚合酶不可催化两个游离核苷酸的连接，因此需要一段引物 | RNA 聚合酶具有从头起始转录的能力，故其催化 RNA 合成时无需引物 |
| 碱基互补状态 | DNA 子链需与母链一直保持碱基互补状态 | RNA 产物不与模板 DNA 保持碱基互补状态，仅形成局部的双链杂交结构。因此，多个 RNA 聚合分子可以同时转录一个基因 |
| 是否具有选择性 | DNA 复制必须将整个基因组全部拷贝，并且在每个细胞周期内只复制一次 | RNA 转录可选择性地复制基因组的特定部分 |
| 精确度 | 很精确 | 转录过程缺乏严谨的校正机制 |
| 模板 | 单双链都可以作为模板 | 主要以双链 DNA 为模板，RNA 或 RNA-DNA 双链杂合体不能作为模板 |
- 以 DNA 序列为模板的 RNA 聚合酶主要以双链 DNA 为模板，以 4 种核苷三磷酸（NTPs）作为活性前体，并以 $Mg{2+}$ 或 $Mn{2+}$ 为辅助因子，催化 RNA 链的起始、延伸和终止，它不需要任何引物，催化生成的产物是与 DNA 模板链相互补的 RNA
3.2.2 启动子promoter
- 定义：一段位于结构基因 5' 上游区的 DNA 序列，能活化 RNA 聚合酶，使之与模板 DNA 准确地相结合，并具有转录起始的特异性，是基因表达调控的上游顺式作用原件之一
- 转录起始时基因表达的关键阶段，这一阶段的重要问题是：RNA 聚合酶与启动子的相互作用
- 启动子的结构影响了它与 RNA 聚合酶的亲和力，从而影响了基因表达的水平
- 转录单元transcription unit：一段从启动子开始至终止子terminator结束的 DNA 序列
- RNA 结合酶从转录起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条 RNA 链
- 转录起点：与新生 RNA 链第一个核苷酸相对应的 DNA 链上的碱基
- 通常为一个嘌呤
- 上游序列与下游序列
- 上游序列upstream：转录起点前面，即 5' 端的序列
- 下游序列downstream：转录起点后面，即 3' 端的序列
- 转录起点表示为：+1
- 上游方向依次为：-1 -2 -3……
- 下游方向依次为：+2 +3 +4……
3.2.3 mRNA 转录的基本过程
- mRNA 转录的特点
- 方向：5' -> 3'
- 模板：DNA 模板链（反义链）
- 酶：RNA 聚合酶
- 原料：四种核苷三磷酸（NTPs）
- 配对原则：碱基互补配对
- 形成的化学键：磷酸二酯键
- 不需要引物参与
- 合成的 RNA 带有与 DNA 编码链（有义链）相同的序列
- mRNA 转录的基本过程
- 模板识别
- 转录起始
- 转录延伸
- 转录终止
① 模板识别template recognition
- 定义：RNA 聚合酶识别启动子序列并与启动子 DNA 双链特异性结合的过程
② 转录起始initiation
- 定义：RNA 链上第一个核苷酸键（磷酸二酯键）的形成
- 转录起始不需要引物
- RNA 聚合酶与启动子结合后，使其附近的 DNA 双链解旋并解链，形成转录泡以促进底物核糖核苷酸与模板 DNA 的碱基配对
③ 转录延伸elongation
- 定义：底物 NTP 被不断添加到新生 RNA 链的 3'-OH 端
- 随着转录泡复合体与 RNA 聚合酶沿着 DNA 模板向前移动，DNA 双螺旋持续解开，暴露出新的单链 DNA 模板，新生 RNA 链的 3' 端不断延伸，在解链区形成 RNA-DNA 杂合物
- 在解链区后面，DNA 模板链与其原先配对的非模板链（编码链）结合重新成为双螺旋，RNA 链被逐步释放
④ 转录终止termination
- 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
- 转录泡瓦解
- DNA 恢复成双链状态
- RNA 聚合酶和 RNA 链都被从模板上释放下来