基因转录（以DNA链为模板合成RNA的过程）

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更新时间：2023-05-22
基因转录
以DNA链为模板合成RNA的过程
基因转录是在细胞核和细胞质内进行的。它是指以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。基因转录有正调控和负调控之分。
如细菌基因的负调控机制是当一种阻遏蛋白(repressor protein)结合在受调控的基因上时，基因不表达；而从靶基因上去除阻遏蛋白后，RNA聚合酶识别受调控基因的启动子，使基因得以表达，这是正调控。这种阻遏蛋白是反式作用因子。
基本信息
中文名
基因转录
外文名
Gene transcription
转录因子
基因转录
(transcription factor)是起调控作用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录，只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的DNA序列上后，基因才开始表达。转录因子的结合位点（transcription factor binding site，TFBS）是转录因子调节基因表达时，与mRNA结合的区域。按照常识，转录因子（transcription factor，TF）的结合位点一般应该分布在基因的前端，但是，新的研究发现，人21和22号染色体上，只有22%的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端。
这篇文章的试验方法是，通过高密度的寡核苷酸芯片，反映出人21和22号染色体的几乎所有的非重复序列，通过这种芯片，检测三种转录因子，Sp1、 cMyc、和p53的结合位点。结果表明，每种转录因子都有大量的TFBS与之结合。然而，只有22%的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端， 36%的TFBS分布在蛋白编码基因的中部或3'端，并且这36%的TFBS常常和基因组中的非蛋白编码RNA分布在一起。这暗示，在人的基因组中，不仅包含蛋白编码基因，也包含数量相当的非编码基因（noncoding genes），他们都受常见的转录因子所调控。
蛋白质分类
真核生物在转录时往往需要多种蛋白质因子的协助。一种蛋白质是不是转录机构的一部分往往是通过体外系统看它是否是转录起始所必须的。一般可将这些转录所需的蛋白质分为三大类：
(1)RNA聚合酶的亚基，它们是转录必须的，但并不对某一启动子有特异性。
(2)某些转录因子能与RNA聚合酶结合形成起始复合物，但不组成游离聚合酶的成分。这些因子可能是所有启动子起始转录所必须的。但亦可能仅是譬如说转录终止所必须的。但是，在这一类因子中，要严格区分开哪些是RNA聚合酶的亚基，哪些仅是辅助因子，是很困难的。
(3)某些转录因子仅与其靶启动子中的特异顺序结合。如果这些顺序存在于启动子中，则这些顺序因子是一般转录机构的一部分。如果这些顺序仅存在于某些种类的启动子中，则识别这些顺序的因子也只是在这些特异启动子上起始转录必须的。
基因转录
黑腹果蝇的RNA聚合酶需要至少两个转录因子方能在体外起始转录。其中一个是B因子，它与含TATA盒的部位结合。人的因子TFⅡD亦和类似的部位结合。同样，CTF(CAAT结合因子)则与腺病毒的主要晚期启动子中与CAAT盒同源的部位相结合。结合在上游区的另一个转录因子是USF(亦称MLTF) ，则可以识别腺病毒晚期启动子中靠近-55的顺序。转录因子Sp1则能和GC盒相结合。在SC40启动子中有多个GC盒，位于-70到-110之间。它们均能和Sp1相结合。然而含有GC盒的不同的DNA顺序与Sp1的亲和力却各不相同。可见GC盒两侧的顺序对Sp1-GC盒的结合究竟如何能影响转录。有时候需要几个转录因子才能起始转录。例如胞苷激酶的启动子需要Sp1与GC盒结合和CTF与CAAT盒结合；腺病毒晚期启动子需要TFⅡD与TATA盒结合和USF与其邻近部位相结合。以上所述的因子是一般转录都需要的，似乎并没有什么调节功能。另一些转录因子则可以调控一组特殊基因的转录。热休克基因就是一个很好的例子。真核生物的热休克基因在转录起始点的上游15bp处有一个共同顺序。HSTF因子仅在热休克细胞中有活性。它与包括热休克共同顺序在内的一段DNA相结合，所以这个因子的激活可以引起约包括20个基因的一组基因起始转录。在这里，转录因子和RNA聚合酶Ⅱ之间关系很类似细菌的σ因子与核心酶之间的关系。
DNA的转录
转录的位置
在真核生物中，DNA的转录在细胞核中进行，其中rRNA的合成发生在核仁，mRNA的tRNA的合成发生在核质中。
在原核生物中，转录在细胞质的核质区进行。
转录的方式
转录开始不需要引物，链的延长方向也是 5′→ 3′。
每次被转录的DNA只是一个小区段，而且是其中的一条链。
我们将用作RNA合成的模板的链叫做反义链；另一条不做模板的链叫有义链。
对于整个DNA双链，每条链上有的区段用作有义链，有的区段用作反义链。
3. 原核生物参与转录的酶
RNA聚合酶
有五种亚基：a、b、b′、w、s，此外每个酶分子还含有2个Zn原子。
a2bb'ws
=
a2bb'w + s
全酶
核心酶
s亚基：用于识别DNA上转录的起始位点，引导核心酶结合到它上面
核心酶：由s亚基识别起始点后，由核心酶负责解开DNA双链、RNA链的延伸、恢复后面的DNA双螺旋
a亚基 —— 与启动子结合
b亚基 —— 催化磷酸二酯键的形成
b'亚基 —— 与DNA模板结合
转录的过程
(1)转录的启动
DNA上存在着转录的起始信号，它是特殊的核苷酸序列，称为启动子。
转录是由RNA聚合酶全酶结合于启动子而被启动的。
基因转录
其机理是：s因子能识别启动子，并识别有义链，它与核心酶结合，引导核心 酶定位到启动子部位。
(2)转录的起始
当聚合酶结合到启动子上后，在启动子附近将DNA局部解链，约解开17个碱基对。（酶与启动子结合的部位是AT富集区，有利于解链）
第一个核苷三磷酸(常常是GTP或ATP)结合到全酶上，形成“启动子-全酶-核苷三磷酸”三元起始复合物。
第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸的3'羟基上，形成了第一个磷酸二酯键。
s因子从全酶上掉下，又去结合其它的核心酶。
(3)链的延伸
当s因子从核心酶上脱落后，核心酶与DNA链的结合变得疏松(依靠其蛋白质的碱性与酸性核酸之间的非特异性的静电引力)，可以在模板链上滑动，方向为DNA模板链的 3′→ 5′，同时将核苷酸逐个加到生长的RNA链的3'-OH端，使RNA链以 5′→ 3′方向延伸。
在RNA链延伸的同时，RNA聚合酶继续解开它前方的DNA双螺旋，暴露出新的模板链，而后面被解开的两条DNA单链又重新形成双螺旋，DNA双螺旋的解开区保持约17个碱基对的长度。
新合成的RNA链能与模板形成RNA-DNA杂交区，这个杂交区也在随着RNA聚合酶的移动而不断地移动着。
(4)转录的终止
DNA分子上有终止转录的特殊信号，也是特定的核苷酸序列，称为终止子。
RNA聚合酶可以识别终止子，它在一种蛋白质 —— r因子的帮助下，终止转录，放出RNA链；有时，RNA聚合酶不需要r因子的帮助即可终止转录。
核心酶释放了RNA后，也离开DNA。
DNA上的解链区重新形成双螺旋。