什么是转录基因?

什么是转录基因?

某些基因不断地进行转录和翻译，产生出各种蛋白质，通常称之为基因表达。每个细胞都有一套完整的基因调控系统，使各种蛋白质只有在需要时才被合成，这样就能使生物适应多变的环境，防止生命活动中的浪费现象和有害后果的发生，保持体内代谢过程的正常状态。但是，原核细胞和真核细胞的基因调控有着明显的区别。 　　原核细胞表达的基因调控，比真核细胞要相对简单，这里以大肠杆菌乳糖操纵子为例来说明。大肠杆菌能以乳糖为唯一碳源生长，这是由于它能产生一套利用乳糖的酶。这些酶受乳糖操纵子的控制。大肠杆菌乳糖操纵子是大肠杆菌DNA的一个特定区段，由调节基因I，启动基因P，操纵基因O和结构基因Z、Y、A组成。P区是转录起始时RNA聚合酶的结合部位。O区是阻遏蛋白的结合部位，其功能是控制结构基因的转录。平时I基因经常进行转录和翻译，产生有活性的阻遏蛋白。当大肠杆菌在含有葡萄糖而不含乳糖的培养基中培养时，阻遏蛋白与操纵基因结合，从而阻挡了RNA聚合酶的前移，使结构基因不能转录，也就不产生利用乳糖的三种酶。当大肠杆菌在只含乳糖而不含葡萄糖的培养基中培养时，乳糖便与结合在操纵基因上的阻遏蛋白以及游离的阻遏蛋白相结合，并改变阻遏蛋白的构型，使其失活，从而使阻遏蛋白不能与操纵基因结合，这时RNA聚合酶可以通过O区而到达结构基因，使结构基因开始转录和翻译，产生出利用乳糖的三种酶。如果培养基中同时含有葡萄糖和乳糖，细菌只利用葡萄糖而不利用乳糖，原因是在这种情况下RNA不能与启动基因结合，因此也就不能使结构基因进行转录和翻译。 　　真核细胞表达的调控，比原核细胞要复杂得多，至今还没有较为系统而又为实验所证实的理论。普遍认为，真核基因的表达调控主要有三种形式：①结构基因的内部或其附近存在对基因表达起调控作用的DNA序列；②基因中某段富含CG的序列的甲基化对基因表达起调控作用；③通过染色体结构的变化控制基因的表达。一般认为，在真核基因的结构基因的上游有一个启动基因区（由增强子、启动子、TATA框组成）。下游结构基因由一些外显子和内含子组成。

基因转录
　　基因转录是在细胞核内进行的。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。
　　一. DNA的转录
　　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。
　　1. 转录的反应
　　2. 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
　　4. 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。
　　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。