分子生物学-浅谈RNA转录.docx

分子生物学结课论文谈生物信息传递第一步——RNA转录生物工程学院生物制药专业执行生命功能、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，遗传信息的表达对于从低等到高等生物都具有至关重要的意义，是细胞分化、细胞生长调节、组织形成等生命过程的基础。DNA序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成信使RNA，翻译生成蛋白质两个过程来控制生命现象。其中，转录是指以DNA为模板，合成一条与DNA链序列完全相同（除了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的第一阶段，对它的调控是生命体最有效的调节方式，因此有着重要的意义。RNA主要以单链形式存在于生物体内，其高级结构很复杂，它们既担负着贮藏及转移遗传信息的功能，又能作为核酶直接在细胞内发挥代谢功能。生物体内拥有三类RNA：编码特定蛋白质序列的mRNA；能特异性解读mRNA 中的遗传信息并将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中的tRNA；直接参与核糖体中蛋白质合成的rRNA。无论是原核还是真核细胞，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，转录完成之后，还要进行RNA的剪切、编辑、再编码和修饰。图1.RNA转录过程示意1. 模板识别：该阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上，RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物，以保证有效地起始转录。2. 转录起始、通过启动子：转录起始是基因表达的关键阶段。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。这一阶段是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。大部分启动子都存在位于–10 bp处的TATA区和–35 bp处的TTGACA区的两段共同序列，它们是RNA聚合酶与启动子的结合位点。转录起始就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。转录起点是指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，通常为嘌呤。把起点5末端的序列称为上游，而把其3末端的序列称为下游。起点为+1，下游方向依次为+2、+3……等，上游方向依次为–1、–2、–3……等。转录起始后直到形成9个核苷酸短链是通过启动子阶段，此时RNA聚合酶一直处于启动子区，新生的RNA链与DNA模板链的结合不够牢固，很容易从DNA链上掉下来并导致转录重新开始。一旦RNA聚合酶成功地合成9个以上核苷酸并离开启动子区，转录就进入正常的延伸阶段。一般说来，通过启动子的时间越短，该基因转录起始的频率也越高。从启动子开始至终止子结束的DNA序列叫做转录单元。图2.RNA合成的起始3. 转录延伸:RNA聚合酶离开启动子，沿DNA模板5’→3’方向不停地移动，并使新生RNA链不断伸长的过程就是转录的延伸。随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋持续解开，暴露出新的单链DNA模板，新生RNA链的3’末端不断延伸，在解链区形成RNA-DNA杂合物。4. 转录的终止[2]: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恢复双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。图3. 原核生物转录的终止信号DNA模板上的转录终止信号有两种: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ρ因子才能实现终止作用。ρ因子是一个相对分子质量为2.0×105的六聚体蛋白，它通过催化NTP的水解促使新生RNA链从三元转录复合物中解离。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。由富含GC碱基的二重对称区，转录产生的RNA容易形成发卡式结构。在终止位点前面有一段由4-8个A组成的序列，所以转录产物的3’端为寡聚U，这种结构特征的存在决定了转录的终止。而依赖ρ因子的终止序列中G·C碱基对含量较少，其下游也没有因固定的特征。RNA合成起始以后，ρ因子即附着在新生的RNA链上，靠ATP水解产生的能量，沿着5’→3’方向朝RNA聚合酶移动，到达RNA的3’-OH端后取代了暂停在终止位点上的RNA聚合酶，使之从模板DNA上释放mRNA，完成转录过程。除DNA模板本身的终止信号外，在噬菌体中，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。转录后RNA的剪切、编辑、再编码和修饰[3]：由DNA转录生成的原始转录产物——核不均-RNA，