大肠杆菌RNA的转录过程

1． 起始位点的识别

 

RNA 的合成不需要引物。体外试验表明，不含σ亚基的核心酶会随机地在一个基因的两条链上启动。当有σ亚基时就会选择正确的起点。 RNA 聚合酶先与 DNA 模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别 DNA 分子上的起始信号的作用。 DNA 分子上的起始信号，即“启动序列”称为启动子。为方便起见，在 DNA 上使 RNA 分子开始合成的第一个核苷酸标为 1 ，它的 5 ′上游标为（ - ）， 3 ′下游标为（ ）。通过比较原核生物的启动子的结构，发现在转录起点上游大约 - 10 处有 6 个碱基的 TATATA 保守序列，称为 Pribnow 框，约在 - 35 处有 TTGACA 保守序列。启动子的结构至少由三部分组成： - 35 序列提供了 RNA 聚合酶全酶识别的信号； - 10 序列是酶的紧密结合位点；第三部分是 RNA 合成的起始点。虽然单独的核心酶能与 DNA 结合，但主要是由于碱性蛋白质与酸性核酸之间的非特异性静电引力造成的， DNA 仍保持双螺旋形式，而σ亚基能改变 RNA 聚合酶与 DNA 之间的亲和力，大大地增加酶与启动子的结合常数和停留时间。因此开始时核心酶在σ亚基参与下与 DNA 分子接触，形成非专一性复合物，这样的复合物是很不稳定的，酶分子可在 DNA 链上滑动。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与 DNA 外部结合，识别部位大约在启动子的 - 35 位点处。接着是 DNA 构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在 - 10 位点处解开 DNA 双链，识别其中的模板链。由于该部位富含 A-T 碱基对，故有利于 DNA 解链。开放型复合物一旦形成， DNA 就继续解链，酶移动到起始位点。

2． 起始

 

停留在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。加入的第一个核苷三磷酸常是 GTP 或 ATP 。所形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。

3． 延伸

 

从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。 DNA 分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与 DNA 的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的 RNA 链的 3 ′ - OH 端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿 DNA 模板链的 3 ′→ 5 ′方向按碱基配对原则生成 5 ′→ 3 ′的 RNA 产物。 RNA 链延伸时， RNA 聚合酶继续解开一段 DNA 双链，长度约 17 个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的 RNA 链与模板形成 RNA-DNA 的杂交区，当新生的 RNA 链离开模板 DNA 后，两条 DNA 链则重新形成双股螺旋结构。

4． 终止

 

在 DNA 分子上（基因末端）有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子（ terminators ），它具有使 RNA 聚合酶停止合成 RNA 和释放 RNA 链的作用。这些终止信号有的能被 RNA 聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个分子量为 200kDa 的四聚体蛋白质，它能与 RNA 聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻止 RNA 聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的 RNA 链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在 DNA 上有一个 15 ～ 20 个核苷酸的二重对称区，位于 RNA 链结束之前，形成富含 G-C 的发夹结构。接着有一串大约 6 个 A 的碱基序列，它们转录的 RNA 链的末端为一连串的 U 。寡聚 U 可能提供信号使 RNA 聚合酶脱离模板。由 rU-dA 组成的 RNA-DNA 杂交分子的碱基配对结合力很弱，利于 RNA 链释放。在真核细胞内， RNA 的合成要比原核细胞中的复杂得多。