模板与产物的关系

转录(Transcription)指依据DNA序列合成RNA,不是把录音写成文字的同名活动。RNA聚合酶局部解开DNA双螺旋,沿一条模板链读取碱基,按互补关系连接核糖核苷酸。新RNA沿5′至3′方向延长,其序列与所用DNA模板互补,和对应的非模板链相近,但使用尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。

转录不是DNA复制,也不是翻译。复制产生DNA,翻译由核糖体读取信使RNA并合成多肽;逆转录则是以RNA为模板合成DNA。转录产物也并非全是信使RNA,核糖体RNA和转运RNA等本身就承担细胞功能,不需要先翻译为蛋白质。

参考:[1] [2]

起始、延伸与终止

启动子是转录机器识别和开始工作的DNA区域。以大肠杆菌为例,σ因子帮助RNA聚合酶识别合适的启动位置;进入延伸阶段后,酶连续添加核苷酸,前方DNA解链,后方DNA重新配对,RNA逐步离开酶。对每个转录单位,模板方向和起始位置都受到具体序列的约束。

终止不是等到聚合酶随意停下。细菌中有依赖Rho蛋白的机制,也有RNA自身形成发夹等结构参与的机制,使新生RNA与转录复合体分离。细菌没有核膜,信使RNA尚未完全转录时就可能被核糖体翻译;真核细胞核中的转录与细胞质中的翻译则在空间上分开。

参考:[1]

不同聚合酶与调控层次

真核细胞核内的RNA聚合酶并非一种酶包办全部工作。聚合酶I合成主要核糖体RNA的前体,聚合酶II合成蛋白质编码基因的前体信使RNA,聚合酶III则负责转运RNA、5S核糖体RNA等。前体RNA的形成与随后加工必须区分,产生转录本不等于已经得到可直接翻译的成熟信使RNA。

一般转录因子帮助聚合酶在启动子组装,其他调控蛋白可通过增强子或沉默子改变转录效率。真核DNA还与组蛋白构成染色质,其包装状态影响机器接近模板。因而基因表达差异不仅来自编码序列变化,也可来自调控序列、蛋白质因子和模板可及性的变化。

参考:[2]

从反应过程到分子结构

结构研究使转录机器可以在原子尺度上被考察。克拉默、布什内尔和科恩伯格提交的酿酒酵母RNA聚合酶II结构数据1I50于2001年公开,采用X射线衍射,分辨率为2.8埃。数据条目列出十种蛋白链以及实验方法和模型指标,为比较酶的亚基组织提供了可复查材料。

这类结构不是活细胞中整个过程的录像,而是特定实验条件下获得的分子构象。将结构信息与生化实验结合,才能检验模板如何进入、RNA如何离开以及催化中心如何工作的具体解释;不能仅凭一张静态模型断言全部调控机制已经解决。

参考:[3]