执行生命功能、表现生命特征的主要物质是蛋白质分子。DNA贮存着决定生物特征的遗传信息，只有通过蛋白质才能表达出它的生命意 义，直接决定蛋白质合成及蛋白质特征的不是RNA而是DNA,因而人们确定DNA是遗传信息贮存者后就推测DNA是通过RNA去决定蛋白质合 成的。50年代未RNA聚合酶的发现开始证实了这一推测。 以DNA为模板合成RNA的过程称为转录(transcription),转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息朋DNA向RNA传递过程，也 是基因表达的开始（图I7-l)。转录也是一种酶促的核苷酸聚合过程，所需的酶叫做依赖DNA的RNA聚合酶(DNA-dependentRNA polynerase,DDRP)。转录产生初级转录物为RNA前体(RNa precursor),它们必须经过加工过程变为成熟的RNA,才能表现其生物活性。 X00i0o0o00000c00o08000000o00☒x T R AN S C R I P T IO N mRNA RNA 17-1 Expression of genetic information bytranscription.[Note:RNAs shown are eukaryotic.] 第一节转录作用 RNA的转录合成从化学角度来讲类似于DNA的复制，多核苷酸链的合成都是以5'一→3'的方向，在3'-OH末端与加入的核苷酸磷酸二酯键， 但是，由于复制和转录的目的不同，转录又具有其特点：(1)对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因的转录都受到 相对独立的控制（图17-2）；(2)转录是不对称的。(3)转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。 一、依赖DNA的RNA聚合酶 真核和原核细胞内都存在有DDRP,迄今发现的DDRP的有以下特点：@以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模 板，这条链叫做模板链(templatestrand),又叫做无意义链。DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫做有意义链，编码链的的 序列与转录本RNA的序列相同，只是在编码链上的T在转录本RNA为U,由于RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的，所以这种转 录方式又叫做不对称转录。②都以四种三磷酸核苷的底物，原料；③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U,T=A,C=G,合成与模 板DNA序列互补的RNA链。④RNA链的延长方向是5'→3'的连续合成。⑤需要Mg2+或M2+离子。⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏 3'→5'外切酶活性，所以没有校正功能。 RNA Y-TOCACAICS 3RNAS 模板链 上1编码宽 十 ACGTGTAG CATCGTA 数色体 雄因a 些因b 基因 是因d TOCACATC GTAGCAT DNA 3- 銳码健 棋板证 RNA 图17·2细菌染色体上几个基因转录的方向及所用模板 RNA聚合酶催化下列反应： ATP 十 n:GTP RNA案合酵 DNA,M*被Mo RNA+(n+na十n+n,)ppi nUTP] 大肠杆菌RNA聚合酶的研究得比较透彻的，这是一个分子量达50多万，全酶由五咱亚基组成，去掉δ亚基的部分称为核心酶，核心酶本身 就能催化苷酸间磷酸二酸键形成。利福平和利福霉素能结合在β亚基上而对此酶发生强烈的抑制作用。B亚基似乎是酶和核苷酸底物结合的部 位。细胞内转录是在DNA特定的起始点上开始的，δ亚基的功能是辨认转录起始点的。阝'亚基是酶与DNA模板结合的主要成分。a亚基可能与 转录基因的类型和种类有关。 表17-1大肠杆菌RNA聚合酶 亚单位 分子量 亚单位数目 功能 36512 决定哪此基因被转录 150618 1 与转录全过程有关
执行生命功能、表现生命特征的主要物质是蛋白质分子。DNA贮存着决定生物特征的遗传信息，只有通过蛋白质才能表达出它的生命意 义，直接决定蛋白质合成及蛋白质特征的不是RNA而是DNA，因而人们确定DNA是遗传信息贮存者后就推测DNA是通过RNA去决定蛋白质合 成的。50年代末RNA聚合酶的发现开始证实了这一推测。 以DNA为模板合成RNA的过程称为转录（transcription）。转录是生物界RNA合成的主要方式，是遗传信息朋DNA向RNA传递过程，也 是 基 因 表 达 的 开 始 （ 图 17-1 ） 。 转 录 也 是 一 种 酶 促 的 核 苷 酸 聚 合 过 程 ， 所 需 的 酶 叫 做 依 赖 DNA 的 RNA 聚 合 酶 （ DNA-dependentRNA polynerase ,DDRP）。转录产生初级转录物为RNA前体（RNa precursor），它们必须经过加工过程变为成熟的RNA，才能表现其生物活性。 图17-1 Expression of genetic information bytranscription.[Note:RNAs shown are eukaryotic.] 第一节 转录作用 RNA的转录合成从化学角度来讲类似于DNA的复制，多核苷酸链的合成都是以5’→3’的方向，在3’-OH末端与加入的核苷酸磷酸二酯键， 但是，由于复制和转录的目的不同，转录又具有其特点：（1）对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因的转录都受到 相对独立的控制（图17-2）；（2）转录是不对称的。（3）转录时不需要引物，而且RNA链的合成是连续的。 一、依赖DNA的RNA聚合酶 真核和原核细胞内都存在有DDRP，迄今发现的DDRP的有以下特点：①以DNA为模板；在DNA的两条多苷酸链中只有其中一条链作为模 板，这条链叫做模板链（templatestrand），又叫做无意义链。DNA双链中另一条不做为模板的链叫做编码链，又叫做有意义链，编码链的的 序列与转录本RNA的序列相同，只是在编码链上的T在转录本RNA为U，由于RNA的转录合成是以DNA的一条链为模板而进行的，所以这种转 录方式又叫做不对称转录。②都以四种三磷酸核苷的底物，原料；③都遵循DNA与RNA之间的碱基配对原由，A=U，T=A，C=G，合成与模 板DNA序列互补的RNA链。④RNA链的延长方向是5’→3’的连续合成。⑤需要Mg2+或Mn2+离子。⑥并不需要引物。RNA聚合酶缺乏 3’→5’外切酶活性，所以没有校正功能。 图17－2 细菌染色体上几个基因转录的方向及所用模板 RNA聚合酶催化下列反应： 大肠杆菌RNA聚合酶的研究得比较透彻的，这是一个分子量达50多万，全酶由五咱亚基组成，去掉δ亚基的部分称为核心酶，核心酶本身 就能催化苷酸间磷酸二酸键形成。利福平和利福霉素能结合在β亚基上而对此酶发生强烈的抑制作用。β亚基似乎是酶和核苷酸底物结合的部 位。细胞内转录是在DNA特定的起始点上开始的，δ亚基的功能是辨认转录起始点的。β’亚基是酶与DNA模板结合的主要成分。α亚基可能与 转录基因的类型和种类有关。 表17-1 大肠杆菌RNA聚合酶 亚单位 分子量 亚单位数目 功能 α β 36512 150618 2 1 决定哪此基因被转录 与转录全过程有关
B 155613 结合DNA模板 70263 辨认起始点 真核生物中已发现有四种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ和线粒体RNA聚合酶，分子量大致都在50万道尔顿左右，它们专一 性地转录不同的基因，因此由它们催化的转录产物也各不相同。RNA聚I合成RNA的活性最显著，它位于核仁中，负责转录编码RNA的基因。 而细胞内绝大部分RNA是rRNA是RNA。RNA聚合酶I,位于核质中，负责核内不匀一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶Ⅲ 负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。鹅膏草碱是真核生物RNA聚合酶特异性抑制剂，三种真核生物RNA聚合酶对鹅膏草碱的反应不同，见 表17-2，原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一此叫做转录因子的蛋白质 分子参与转录的全过程，见后叙。 表17-2真核生物的RNA聚合酶 种类 分布 合成的RNA类型 对α-鹅膏蕈碱的敏感性 核仁 rRNa 不敏感 核质 hnRNA 低浓度敏感 Ⅲ 核质 tRNA,5sRNA 高浓度敏感 Mt 线粒体 线粒体RNAs 不敏感 二、RNA的转录过程 转录的主要过程见图173，为研究和叙述方便，可将RNA合成分为识别与起始、延长和终止三个阶段。 promoter c L19K001908 DNA HELIX OPENING start sie for trnscription RIBONUCLEOSIDE TRIPHOSPHATES RNA CHAIN ELONGATION 0不》0 IN S-TO-3 DIRECTON BY ADDMTION OF RIPONUCLEOSIDE TRIPHOSPHATES N八%%0w八y and DNA helic 都a m-louatn XL90000 tErMINATION AND RELEASE OF POLYMERASE AND COMPLETED RNA CHAIN 图17-3转录的主要过程 (一)识别 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部信这就是启动子。为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结 合呢？显然启动子处的核苷酸序列具有特殊性，为了方便，人们将在DNA上开始转录的第一个碱基定为+1，沿转录方向顺流而下的核苷酸序 列均用正值表示；逆流而上的核苷酸序列均用负值表示。 对原核行物的100多个启动子的序列进行了比较后发现：在RNA转录起始点上游大约-10bp和-35bp处有两个保守的序列，在-10bp附近，有 一组5'.TATAATpuB的序列，这是Pribnow首先发现的称为Pribnow框，RNA聚合酶就结合在互部位上。-35bp附近，有一组5'.TTGACG-的序 列；已被证实与转录起始的辨认有关，是RN聚合酶中的δ亚基识别并结合的位置。-35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强 度。 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖7Obp的DNA序列，因此酶分子上的一个适合部位就能占据从-35到-I0序列区域（图17-4）
β δ 155613 70263 1 1 结合DNA模板 辨认起始点 真核生物中已发现有四种RNA聚合酶，分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和线粒体RNA聚合酶，分子量大致都在50万道尔顿左右，它们专一 性地转录不同的基因，因此由它们催化的转录产物也各不相同。RNA聚Ⅰ合成RNA的活性最显著，它位于核仁中，负责转录编码rRNA的基因。 而细胞内绝大部分RNA是rRNA是RNA。RNA聚合酶Ⅱ，位于核质中，负责核内不匀一RNA的合成，而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶Ⅲ 负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。鹅膏蕈碱是真核生物RNA聚合酶特异性抑制剂，三种真核生物RNA聚合酶对鹅膏蕈碱的反应不同，见 表17-2，原核生物靠RNA聚合酶就可完成从起始、延长、终止的转录全过程，真核生物转录除RNA聚合酶外还需另一此叫做转录因子的蛋白质 分子参与转录的全过程，见后叙。 表17-2 真核生物的RNA聚合酶 种类 分布 合成的RNA类型 对α-鹅膏蕈碱的敏感性 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Mt 核仁 核质 核质 线粒体 rRNa hnRNA tRNA，5sRNA 线粒体RNAs 不敏感 低浓度敏感 高浓度敏感 不敏感 二、RNA的转录过程 转录的主要过程见图17-3，为研究和叙述方便，可将RNA合成分为识别与起始、延长和终止三个阶段。 图17-3 转录的主要过程 （一）识别 转录是从DNA分子的特定部位开始的，这个部位也是RNA聚合酶全酶结合的部信这就是启动子。为什么RNA聚合酶能够仅在启动子处结 合呢？显然启动子处的核苷酸序列具有特殊性，为了方便，人们将在DNA上开始转录的第一个碱基定为+1，沿转录方向顺流而下的核苷酸序 列均用正值表示；逆流而上的核苷酸序列均用负值表示。 对原核行物的100多个启动子的序列进行了比较后发现；在RNA转录起始点上游大约-10bp和-35bp处有两个保守的序列，在-10bp附近，有 一组5’-TATAATpu的序列，这是Pribnow首先发现的称为Pribnow框，RNA聚合酶就结合在互部位上。-35bp附近，有一组5’-TTGACG-的序 列；已被证实与转录起始的辨认有关，是RNA聚合酶中的δ亚基识别并结合的位置。-35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强 度。 由于RNA聚合酶分子很大，大约能覆盖70bp的DNA序列，因此酶分子上的一个适合部位就能占据从-35到-10序列区域（图17-4）
Sequences within the prokaryotic by the RNA polymerase holoenzyme -35 Prbnow -15 base pains ATAAT -l0 hase nai我 DNA 17-4 Structure of the prokaryotic promoter region. 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比 较了上百个真核生物RNA聚合酶I的启动子核苷酸序列伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37,基本上都由A,T碱基所组成，离体转录实验表明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的 基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT,有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG,免子的珠蛋白基因转录效率只有原来的12%（图17-5）。 Start of transcriptiot ATA 40 haec 25 hase ATATAA D月 17-5 Eukaryotic gene promoter sequences 除启动子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子的序列，它能极大地增强启动子的活性，它的位置往往不固定，可存在于启 动子上游或下游，对启动子来说它们正向排列和反向排列均有效，对异源的基因也起到增强作用，但许多实验证实它仍可能具有组织特异性， 例如免疫球蛋白基因的增强子只有在$淋巴细胞内活性最高，胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增哟子也都有很高的组织的特异性。 (二)转录起始和延伸 在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子 较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r的解链形成全酶 和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶邹亚基催化下形成RNA的第 一个磷酸二酸键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP,以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而 脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。 TFIID complex TAFs RNA polymerse TeP TATA C DNA 图17~6转当起始复合物的模式 真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道，在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RN 聚合酶形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由NA聚合酶负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可 大致分为二类；第一类为普遍转录因子它们与RN八聚合酶共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种 蛋白质分子组成的，其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成一组复合物叫做转录因子ID。TFD再与RNA 聚合酶结合完成转录起始复合物的形成。（图176） 除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFIA,TFⅡF,TFIE,TFH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFIH就有 旋转酶活性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的打开，使RNA聚合酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的 起始是基因的表达调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调控无件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体 系。 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这此T下是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或 其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。 例如：激活剂蛋白-1就是一类可诱导的转录因子，它是由多蛋白质成份组成的复合物，可发由fos基因和ju基因家庭的蛋白质产物组成。 当某些生长因子细胞因子和某些化学物质在细胞外刺激这些细胞时，使细胞内UN蛋白和FOS蛋白发生磷酸化，特异地结合到c-ju基因和c-fos 基因的启动子部位，使这些基因转录并翻译出相应的c-JUN蛋白和c-FOS蛋白，这些蛋白质就可组成二聚体的AP1,AP1就会结合到细胞核中 靶基因的调控部位，促进或激活靶基因的转录活性，产生出由于细胞外刺激因素作用下，这些细胞做出的特异反应一表达出的特异蛋白须分 子。有关详细内容见信号转录一章
图17-4 Structure of the prokaryotic promoter region. 真核生物的启动子有其特殊性，真核生物有三种RNA聚合酶，每一咱都有自己的启动子类型。以RNA聚合酶Ⅱ的启动子结构为例，人们比 较了上百个真核生物RNA聚合酶Ⅱ的启动子核苷酸序列伯发现；在-25区有TATA框，又称为Hogness框或Goldberg-Hogness框。其一致序列为 T28A97A93A85A63T37A83A50T37，基本上都由A，T碱基所组成，离体转录实验表明，TATA框决定了转录起点的选择，天然缺少TATA框的 基本可以从一个以上的位点开始转录。在-75区有CAAT框，其一致的序列为GGTCAATCT。有实验表明CAAT框与转录起始频率有关，例如缺 失GG，兔子的β珠蛋白基因转录效率只有原来的12%（图17-5）。 图17-5 Eukaryotic gene promoter sequences 除启动子外，真核生物转录起始点上游处还有一个称为增强子的序列，它能极大地增强启动子的活性，它的位置往往不固定，可存在于启 动子上游或下游，对启动子来说它们正向排列和反向排列均有效，对异源的基因也起到增强作用，但许多实验证实它仍可能具有组织特异性， 例如免疫球蛋白基因的增强子只有在B淋巴细胞内活性最高，胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增哟子也都有很高的组织的特异性。 （二）转录起始和延伸 在原核生物中，当RNA聚合酶的δ亚基发现其识别位点时，全酶就与启动子的-35区序列结合形成一个封闭的启动子复合物。由于全酶分子 较大，其另一端可在到-10区的序列，在某种作用下，整个酶分子向-10序列转移并与之牢固结合，在此处发生局部DNA12-17r 的解链形成全酶 和启动子的开放性复合物。在开放性启动子复合物中起始位点和延长位点被相应的核苷酸前体充满，在RNA聚合酶β亚基催化下形成RNA的第 一个磷酸二酸键。RNA合成的第一个核苷酸总有GTP或ATP，以GTP常见，此时δ因子从全酶解离下来，靠核心酶在DNA链上向下游滑动，而 脱落的δ因子与另一个核心酶结合成全酶反复利用。 图17－6 转当起始复合物的模式 真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，已经知道，在所有的细胞中有一类叫做转录因子的蛋白质分子，它们与RNA 聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。 真核生物基因中，有专门为蛋白质编码的基因，这些基因由RNA聚合酶Ⅱ负责进行转录起始关键性作用。根据这些转录因子的作用特点可 大致分为二类；第一类为普遍转录因子它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置上开始。普遍转录因子是由多种 蛋白质分子组成的，其中包括特异结合在TATA盒上的蛋白质，叫做TATA盒结合蛋白，还有至成一组复合物叫做转录因子ⅡD。TFⅡD再与RNA 聚合酶Ⅱ结合完成转录起始复合物的形成。（图17-6） 除TFⅡD以外，在细胞核提取物中还发现TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用，像TFⅡH就有 旋转酶活性，它可利用ATP分解产生的能量，介导起始点双螺旋的打开，使RNA聚合酶得以发挥作用。从中也不难看出真核细胞中基因转录的 起始是基因的表达调控的关键，这么多蛋白质分子之间相互作用，以及这些蛋白质分子DNA调控无件相结合，构成控制基因转录开始的复杂体 系。 第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子或者叫可诱导性转录因子，这此TF是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或 其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。 例如：激活剂蛋白-1就是一类可诱导的转录因子，它是由多蛋白质成份组成的复合物，可发由fos基因和jun基因家庭的蛋白质产物组成。 当某些生长因子细胞因子和某些化学物质在细胞外刺激这些细胞时，使细胞内JUN蛋白和FOS蛋白发生磷酸化，特异地结合到c-jun基因和c-fos 基因的启动子部位，使这些基因转录并翻译出相应的c-JUN蛋白和c-FOS蛋白，这些蛋白质就可组成二聚体的AP-1，AP-1就会结合到细胞核中 靶基因的调控部位，促进或激活靶基因的转录活性，产生出由于细胞外刺激因素作用下，这些细胞做出的特异反应一表达出的特异蛋白须分 子。有关详细内容见信号转录一章
RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个GTP的核糖3'.OH上与DNA模板能配对的第二个三磷酸核苷起反应形成磷酸二酯 键。聚合进去的核苷酸又有核糖3'OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5'-3。由于 DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3'-5'方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个 连续下断的反应，转录本RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA~RNA杂交体，长度约为12个碱基对，形成一个转录泡（图17-7）。转录速 度大允是每秒钟30-50个核苷酸，但并不是以恒定速度进行的。在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合 成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很鑫的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。而且较长的RNA链 上已看到核糖体附着，形成多聚核糖体。说明某些情况下，转录过程未完全终止，即已开始进行翻译。 DNA DNA rewinds 5 Transcriptional bubble RNA-DNA helx Site of RNA synthesis about 12 bp long smRNA 17-7 Diagrammatic representation of DNA transcription by E.coli RNApolymerase.The polymerase unwinds a stretch of DNA about 17base pairs in lengthforming a transcriptional bubble thatprogresses along thd DNA.The DNA has tounwind ahead of the polymerase and rewind behind it.The newly formed RNA formsa RNA-DNA double helix about 12 bae pairs long. 转录的延长阶段，原核生物与真核生物之间没有太大差别。 (三)转录的终止(Termination) 转录是在DNA模板某一位置上停止的，人们比较了若干原核生物RNA转录终止位点附近的DNA序列，发现DNA模板上的转录终止信号有 两种情况，一类是不依赖于蛋白质因子而实现的终止作用，另一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子， 通常又称因子。两类终止信号有共同的序列特征，在转录终止之前有一段回文结构，回文序列是一段方向相反，碱基互补的序列，在这段互 补序列之间由几个碱基隔开，不依赖p因子的终止序列中富含GC碱基对，其下游6-8个A；而依赖P因子的终止序列中GC碱基对含量较少，其 少游也没有因固定的特征，其转录生成的RNA可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构，这样的二级结构可能与RNA聚合酶某种特定 的空间结构相嵌合，阻碍了RNA聚合酶进一步发挥作用（图17-8）·除DNA模板本身的终止信号外，在入噬菌体中，发现一些蛋白质有协助 RNA聚合酶跨越终止部位的作用，叫做抗转录终止蛋白，例如入噬菌体的N基因产物。 转求方向 编钙佳分—GC0CGC—GCrG0 CT TTTTTTT·—Y 横板陈子，一TOGGGCG- COCCOGA AAAAAAA-S 轴码绿罗 TT 一3 机版链3一 -AAAAAAA- on G g米 图17-8原核生物转录作用的终止信号 真核生物由于RNA转录后很快就进行了加工，因此很难确定原初转录物的3'未端。病毒SV40的终止位点经过研究发现，很像大肠杆菌的 不依赖p因子的终止子，转录后的RNA可形成一个发夹结构，3'末端带有一连串的U。爪蟾5sRNA的3'末端有4个U,它们前后的序列为富含 GC的序列，这是所有真核生物RN八聚合酶Ⅲ转录的终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相似，任何改变这种序列特征的突变 都将导致转录终止位置的改变。 第二节RNA转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的RNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录 和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并 无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一 RNA。hnRNA分子中大约只有1O%的部分转变成成熟的mRNA,其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。 (一)mRNA的加工修饰 原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此mRNA分 子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移 酶。原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的RNA没有特殊 的转录后加工修饰过程
RNA链的延长靠核心酶的催化，在起始复合物上第一个GTP的核糖3’-OH上与DNA模板能配对的第二个三磷酸核苷起反应形成磷酸二酯 键。聚合进去的核苷酸又有核糖3’-OH游离，这样就可按模板DNA的指引，一个接一个地延长下去。因此RNA链的合成方面也是5’--3。由于 DNA链与合成的RNA链具有反平行关系，所以RNA聚合酶是沿着DNA链3’--5’方向移动。整个转录过程是由同一个RNA聚合酶来完成的一个 连续下断的反应，转录本RNA生成后，暂时与DNA模板链形成DNA·RNA杂交体，长度约为12个碱基对，形成一个转录泡（图17-7）。转录速 度大允是每秒钟30-50个核苷酸，但并不是以恒定速度进行的。在电子显微镜下观察转录现象，可以看到同一DNA模板上，有长短不一的新合 成的RNA链散开成羽毛状图形，这说明在同一DNA基因上可以有很鑫的RNA聚合酶在同时催化转录，生成相应的RNA链。而且较长的RNA链 上已看到核糖体附着，形成多聚核糖体。说明某些情况下，转录过程未完全终止，即已开始进行翻译。 图17-7 Diagrammatic representation of DNA transcription by E.coli RNApolymerase.The polymerase unwinds a stretch of DNA about 17base pairs in lengthforming a transcriptional bubble thatprogresses along thd DNA.The DNA has tounwind ahead of the polymerase and rewind behind it .The newly formed RNA formsa RNA-DNA double helix about 12 bae pairs long. 转录的延长阶段，原核生物与真核生物之间没有太大差别。 （三）转录的终止（Termination) 转录是在DNA模板某一位置上停止的，人们比较了若干原核生物RNA转录终止位点附近的DNA序列，发现DNA模板上的转录终止信号有 两种情况，一类是不依赖于蛋白质因子而实现的终止作用，另一类是依赖蛋白质辅因子才能实现终止作用，这种蛋白质辅因子称为释放因子， 通常又称ρ因子。两类终止信号有共同的序列特征，在转录终止之前有一段回文结构，回文序列是一段方向相反，碱基互补的序列，在这段互 补序列之间由几个碱基隔开，不依赖ρ因子的终止序列中富含G·C碱基对，其下游6-8个A；而依赖ρ因子的终止序列中G·C碱基对含量较少，其 少游也没有因固定的特征，其转录生成的RNA可形成二级结构即柄一噜噗结构，又称发夹结构，这样的二级结构可能与RNA聚合酶某种特定 的空间结构相嵌合，阻碍了RNA聚合酶进一步发挥作用（图17-8）。除DNA模板本身的终止信号外，在入噬菌体中，发现一些蛋白质有协助 RNA聚合酶跨越终止部位的作用，叫做抗转录终止蛋白，例如入噬菌体的N基因产物。 图17-8 原核生物转录作用的终止信号 真核生物由于RNA转录后很快就进行了加工，因此很难确定原初转录物的3’末端。病毒SV40的终止位点经过研究发现，很像大肠杆菌的 不依赖ρ因子的终止子，转录后的RNA可形成一个发夹结构，3’末端带有一连串的U。爪蟾5sRNA的3’末端有4个U，它们前后的序列为富含 G·C的序列，这是所有真核生物RNA聚合酶Ⅲ转录的终止信号。这种序列特征高度保守，从酵母到人都很相似，任何改变这种序列特征的突变 都将导致转录终止位置的改变。 第二节 RNA转录后的加工与修饰 不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录 和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并 无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一 RNA。hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。 （一）mRNA的加工修饰 原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分 子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移 酶。原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊 的转录后加工修饰过程
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。 真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5'端和3'端的修饰以及对中间部分进行剪接。 1.在5端加帽 成熟的真核生物mRNA,其结构的5端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5'.5'焦磷酸 键与初级转录物的5'端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这 个核糖的第2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm,称为“帽1”，如果5'未端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2,称为“帽 2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。 5” OHOH OH 5-End 3-End -pApApApApApA--pA-OH 7-Methylganosine tripbosphate "cap" Poly-A tail 17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7-methylguanosine cap and poly-A tail. 真核生物mRNA5'端帽子结构的重要性在于它是mRNa做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构 还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa免遭5'外切核酸酶的攻击。 2.在3端加尾 大多数的真核mRNA都有3'端的多聚尾巴(A),多聚(A)尾巴大约为20Obp. 多聚(A)居巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa的游离3'.OH端，并加上约200 个A残基。 多核苷酸十nATP 李粮 +多核苷酸(A)n十nPP 近年来已知，在大多数真核基因的3'一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa3'.端加oolyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱 基外切断磷酸二酯键，在poly A聚合酶催化下，在3'-OH上逐一引入100-200个A碱基。关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索， 但还不完全清楚。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有poly A.居巴的mRNA如组蛋白mRNA,也照 样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定的生物半衰期。 3.mRNA前体(hnRNA)的拼接 原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一 个真核生物结构基因中内含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个内含子，而有些很 大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后，切去内元，将有编码意义的核苷酸片段(Exto外元也叫外显子)连 接起来（图17-10）。 (a) Introre Primary transcript 5'cap[Exon Exon Exon AAAAAA(A)n Splicing 6b) mRNA S'cap Exon Fxon Exon AAAAAA(A)n Translation Protein 17-10 Primary polymerase 1ltranscript of a eukaryote gene showing(a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns toform the mature mRNA is called splicing. 真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子，但内含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许 多基因中的内含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶 作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，而变为成熟的mRNA,这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需 进行剪接作用，例如α干扰素基因，图1711以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。 真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。 1．在5’端加帽 成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5’-5’焦磷酸 键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这 个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽 2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。 图17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7-methylguanosine cap and poly-A tail. 真核生物mRNA 5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa 做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA的识别提供了信号，这种帽子结构 还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa 免遭5’外切核酸酶的攻击。 2．在3’端加尾 大多数的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴（A)，多聚（A)尾巴大约为200bp。 多聚（A)屠巴不是由DNA编码的，而是转录后在核内加上去的。受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa 的游离3’-OH端，并加上约200 个A残基。 近年来已知，在大多数真核基因的3’一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa 3’-端加polyA尾的信号。靠核酸酶在此信号下游10-15碱 基外切断磷酸二酯键，在polyA聚合酶催化下，在3’-OH上逐一引入100-200个A碱基。关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索， 但还不完全清楚。有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有polyA屠巴的mRNA如组蛋白mRNA，也照 样通过核膜进入细胞质。还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA结构，保持一定的生物半衰期。 3.mRNA前体（hnRNA）的拼接 原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一 个真核生物结构基因中内含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个内含子，而有些很 大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后，切去内元，将有编码意义的核苷酸片段（Extron外元也叫外显子）连 接起来（图17-10）。 图17-10 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing(a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns toform the mature mRNA is called splicing. 真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的内含子，但内含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许 多基因中的内含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸内切酶 作用下剪切掉内含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，而变为成熟的mRNA，这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需 进行剪接作用，例如α-干扰素基因，图17-11以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程