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本课件讲解以DNA为模板合成RNA的转录过程，厘清转录、模板链、启动子与终止子等概念，比较复制与转录的异同，展开原核与真核生物的转录过程，并讲解RNA前体加工、内含子剪切与核酶作用。
Chapter 12 TranscriptionRNA聚合酶转录过程转录后加工转录的调控转录调控是基因表达调控的核心问题
教学要求：本节要点如下。
复制与转录的比较相同：本节要点如下。
Template strands
Sense strand and Antisense strand
第一节转录转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一特定位点终止。此区域称为一个转录单位。一个转录单位可以是一个基因（真核），也可以是多个基因（原核）。转录具有选择性，细胞在不同发育阶段和不同的环境，将转录不同的基因。转录的起始由DNA上的启动子区控制，DNA上的终止子控制转录的终止。
一、RNA聚合酶RNA合成的基本特征：本节要点如下。
E.coli RNA聚合酶（原核）E.coli：本节要点如下。
无σ亚基的酶（α2ββ’ω）叫核心酶。核心酶(coreenzyme)只能使已开始合成的RNA链延长，而没有起始合成活性，加入σ亚基后，全酶才具有起始合成RNA的能力。σ亚基的功能：核心酶在DNA上滑动，σ亚基能增加酶与DNA启动子的结合常数，增加停留时间，使全酶迅速找到启动子并与之结合，σ亚基自身无催化活性。
亚基基因功能β’rpoC与模板DNA结合βrpoB与核苷酸结合，起始和催化部位σrpoD起始识别因子αrpoA与DNA上启动子结合ω----不详不同的σ因子识别不同的启动子，从而表达不同的基因。不同的原核生物，都具有相同的核心酶，但σ亚基有差别，这决定了原核基因表达的选择性。
RNA聚合酶
RNA合成－1
RNA合成－2
核心酶覆盖60bp：本节要点如下。
2.真核生物RNA聚合酶真核生物的转录机制要复杂得多，三种RNA聚合酶，在细胞核中起不同的作用。根据对α-鹅膏蕈碱的敏感性，可分为三种。分类、分布及各自的功能。
真核生物RNA聚合酶
1.起始（initiation）局部解开双螺旋，第一个核苷酸掺入转录起始位点，开始RNA链的延伸。在新合成的RNA链的5’末端，通常为带有三个磷酸基团的鸟苷或腺苷（pppG或pppA），即合成的第一个底物是GTP或ATP。启动子：RNA聚合酶识别、结合和开始转录所必需的一段DNA序列。起始过程中，σ因子起关键作用。
二、RNA聚合酶催化的转录过程（续）：本节要点如下。
三、启动子和转录因子启动子（promoter）：RNA聚合酶识别、结合并开始转录所必需的一段DNA序列。转录因子（TF）：RNA聚合酶在转录时，需要一些辅助因子（蛋白质）参与作用，此类蛋白质称为转录因子。足迹法和DNA测序确定启动子的结构。
原核启动子结构与功能：本节要点如下。
promoter
频率：T80A95T45A60A50T9：本节要点如下。
（2）-35序列（识别区域）只含-10序列的DNA不能转录，在它的上游还有一个-35保守序列，是RNA聚合酶识别区域。频率T82T84G78A65C54A45，TTG十分保守功能：是原核RNA聚合酶初始识别位点，对RNA聚合酶有很高亲和性。该序列决定了启动子的强度，RNA聚合酶易识别强的启动。
-35序列提供RNA聚合酶识别信号-10序列有助于DNA局部双链解开启动子结构的不对称性决定了转录的方向与保守序列接近的启动子较强，反之较弱。不含-35序列的启动子几乎不转录。不同的σ因子识别不同的启动子。
启动子共有序列的功能
RNApol：本节要点如下。
启动子区
TATA框的改变或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，使转录起始点偏移。因此，TATA是许多数真核基因正确表达所必需的。由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。启动子特定序列和酶的正确结构，这两者把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性。
B.CAAT框中心在-75处，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT，功能：与RNA聚合酶结合。C.GC框在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合，CAAT和GC框均为上游因子，对转录的起始频率有较大影响。
类别：本节要点如下。
四、终止子和终止因子提供转录终止信号的一段DNA序列称为终止子。协助RNA聚合酶识别终止子的辅助因子称为终止因子（蛋白质）。有些终止子的作用可被特异的因子阻止，使酶越过终止子继续转录（通读）。这类引起抗终止作用的蛋白质称为抗终止因子。终止子位于已转录的序列中，DNA的终止子可被RNA聚合酶或其辅助因子识别。
（2）弱终止子（依赖ρ的终止子）必需在ρ因子存在时才能引发终止，回文结构不富含GC，无polyU结构。ρ因子：55000蛋白质，可水解三磷酸核苷。通读往往发生在强启动子、弱终止子的基因上
终止子
Transcription termination
Lactose operon
Inducer inactivates the lac repressor
顺式作用元件（cis-acting element）DNA上调控转录的一段序列，例如，启动子、增强子、上游元件和应答元件。反式作用因子（reverse-acting factor）调控转录的一类蛋白质，例如，激活因子（转录因子）和阻遏因子。
螺旋转角螺旋（helix-turn-helix HTH）锌指（zinc-finger）螺旋突环螺旋（helix-loop-helix HLH）亮氨酸拉链（leucine zipper ZIP）
第二节RNA转录后的加工RNA聚合酶合成的原初转录产物，经过剪切、修饰、拼接等过程，转变成成熟的RNA分子。（1）原核、真核的tRNA、rRNA（稳定RNA）在细胞内的tRNA、rRNA相对稳定，半衰期一般为几个小时。所有的tRNA、rRNA都不是原初转录产物。
a.原初转录产物的5’是三磷酸（pppG、pppA），成熟tRNA、rRNA的5’是单磷酸b.成熟tRNA、rRNA分子都比原初转录物小c.tRNA分子都含有稀有碱基（A、G、C、U以外的碱基）
（2）真核的mRNA单顺反子，多内含子，寿命比原核mRNA的长。内含子（intron）：原初转录物中通过RNA拼接反应而被去除的RNA序列，或基因中与这种序列对应的DNA序列。外显子（exon）：原初转录物通过RNA拼接反应后而保留于成熟RNA中的序列，或基因中与成熟RNA对应的DNA序列。
（3）原核mRNA多顺反子，半衰期只有几分钟。这是原核生物重要的调控机制，如果一种酶或蛋白质不再需要时，只需简单地关闭其mRNA的合成就行了。
一、原核生物RNA的加工原核生物的rRNA基因与某些tRNA基因组成混合操纵子，可提高效率、节省空间（增加有效信息）。其它的tRNA基因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成操纵子，它们在形成多顺反子转录物后，断裂成为rRNA和tRNA的前体，然后进一步加工成熟。
原核rRNA前体的加工：本节要点如下。
大肠杆菌rRNA加工
2.原核tRNA前体的加工E.coli基因组有60个tRNA基因，即每种氨基酸的tRNA基因不止一个拷贝。tRNA前体加工步骤：a.核酸内切酶在tRNA两端切断。RNAaseP、RNAaseF。b.核酸外切酶从3’端逐个切去附加序列。RNAaseDc.在tRNA3’端加上-CCA-OH。tRNA核苷酰转移酶。d.核苷的修饰（修饰酶）甲基化酶S-腺苷蛋氨酸（SAM）。
tRNA前体的加工
原核mRNA前体的加工：本节要点如下。
真核生物RNA的加工
以上由RNApol：本节要点如下。
2.真核tRNA前体的加工真核tRNA基因的数目比原核tRNA的要多很多。例如，E.coli：60个tRNA基因啤酒酵母：250个果蝇：850个爪蟾：1150个人：1300个真核tRNA成簇排列，被间隔区分开，tRNA基因由RNA聚合酶Ⅲ转录。剪切、修饰过程与原核相似。
3.真核生物mRNA前体的加工mRNA原初转录物是分子量很大的前体，在核内加工过程中形成分子大小不等的中间产物，它们被称为核内不均一RNA（hnRNA）。其中，约有25%可转变成成熟的mRNA。hnRNA半寿期很短，比细胞质中的mRNA更不稳定，一般在几分钟至1小时。而细胞质mRNA的半寿期为1-10小时，神经细胞mRNA最长可达数年。
1.tRNA前体的拼接酵母tRNA约有400个基因，有内含子的基因约占1/10，内含子长度14-46bp。切除内含子的酶识别tRNA的二级结构。拼接过程
tRNA剪接
2.四膜虫rRNA的剪接35SrRNA前体，经加工生成5.8S、17S和26SrRNA。剪接过程只需一价和二价阳离子，以及鸟苷酸（提供3’-OH），无需能量和酶。
四膜虫rRNA的剪接
3.mRNA前体的拼接真核生物所有编码蛋白质的核结构基因，其内含子的左端均为GT，右端均为AG。此规律称GT-AG规律，此规律不适合于线粒体、叶绿体、tRNA、rRNA。若对mRNA，应为GU-AG。hnRNA拼接过程：
hn RNA的拼接
第三节RNA的复制有些RNA病毒，进入寄主细胞后，借助复制酶而进行RNA病毒的复制。一、噬菌体QβRNA的复制噬菌体Qβ：直径20nm，正二十面体，含30%RNA，其余为蛋白质，单链RNA，4500个核苷酸，编码3-4个蛋白质。5’端-成熟蛋白-外壳蛋白（或A1蛋白）-复制酶β亚基-3’端。
QβRNA合成过程
QβRNA翻译和复制的自我调节
A.只有刚复制的QβRNA：本节要点如下。
1.正链RNA病毒（mRNA）进入寄主细胞后，利用寄主的翻译系统，先合成复制酶及有关的蛋白质，然后进行病毒RNA的复制，最后由病毒RNA和蛋白质装配成病毒颗粒。噬菌体Qβ、灰质炎病毒等。
二、病毒RNA复制的主要方式（续）：本节要点如下。
4.反转录病毒（含反转录酶）正链RNA病毒RNA病毒合成mRNA的不同途径
RNA病毒合成mRNA的不同途径
第四节RNA生物合成的抑制剂某些核酸代谢的拮抗物和抗生素可抑制核酸的合成。一、嘌呤和嘧啶类似物作为核苷酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成，还能掺入核酸分子中去，形成异常DNA、RNA，影响核酸功能并引起突变。主要有：6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、2.6—二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤、5-氟尿嘧啶、6-氮尿嘧啶碱基类似物进入体内后需转变成相应的核苷酸，才表现出抑制作用。
二、DNA模板功能的抑制：本节要点如下。
烷基化后，碱基易被水解下来，留下的空隙可干扰DNA复制或引起错误碱基掺入。带有双功能的烷化剂，可同时与DNA两条链结合，使双链DNA交联。环磷酰胺：肿瘤细胞中磷酰胺酶活化，生成活性氮芥。苯丁酸氮芥：癌细胞酵解作用强，乳酸多，pH低，苯丁酸氮芥易进入。
3、橄榄霉素、光神霉素。
3.嵌入染料扁平芳香族染料，可插入双链DNA相邻碱基对之间。溴化乙锭插入后，使DNA在复制时缺失或增添一个核苷酸，从而导致移码突变，并能抑制RNA链的起始及粒的复制。此外还有原黄素、吖啶黄、吖啶橙等。
三、RNA聚合酶的抑制物：本节要点如下。
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