第四節轉錄的機制轉錄是由DNA指導的RNA合成過程，可分為起始(initiation)、延伸(elongation)和終止(termination)三個階段。對轉錄的調控主要發生在起始和終止階段，其中轉錄起始的調控是轉錄過程乃至整個基因表達過程的中心環節。一、轉錄的起始轉錄的起始是RNA聚合酶識別啟動子并與之結合從而啟動RNA合成的過程。轉錄的起始過程十分復雜，特別是真核生物，需要多種輔助因子參與。Activationofgenestructure↓Initiationoftranscription↓Processingthetranscript↓Transporttocytoplasm

↓TranslationofmRNA1.原核生物轉錄的起始菌體細胞中，大部分的RNA聚合酶（核心酶）與DNA分子松弛結合，形成松弛型復合物，并且核心酶對啟動子無特殊的親和力。σ因子與核心酶結合形成全酶以后，對啟動子的親和力大大提高，形成緊密型復合物。原核生物RNA聚合酶中的σ因子起著識別啟動子的作用。全酶在很長的基因組中尋找約60bp的啟動子是一個很復雜的過程。目前有三種模式解釋這種機制：隨機擴散模式序列置換模式滑動模式RNA聚合酶與啟動子－35區結合后，與DNA形成封閉型啟動子復合物，然后－10區左右的DNA發生熔解，形成12～17bp的單鏈區，轉變為開放型啟動子復合物。二者皆為二元復合物，此時RNA聚合酶大約與75bp的DNA相接觸。在開放型啟動子起始復合物中，RNA聚合酶的起始位點和延伸位點被相應的核苷酸前體所占據。在β亞基的催化下，起始位點和延伸位點上的核苷酸形成第一個磷酸二酯鍵，從而形成一個三元復合物。σ因子從三元復合物上解離下來，形成起始延伸復合物（initialelongationcomplex），此時與大約50bp（－35～＋20）的DNA相互接觸。原核生物轉錄的起始1.全酶與模板的DNA接觸，生成非專一的,不穩定的復合物在模板上移動；2.起始識別：全酶與－35序列結合，產生封閉的酶-啟動子二元復合物（closedbinarycomplex）；3.全酶緊密地結合在-10序列處，模板DNA局部變性，形成開放的啟動子二元復合體；4.第一個rNTP轉錄開始,形成酶-啟動子-rNTP三元復合體（ternarycomplex）。5.當RNA長約9bp形成穩定的DNA-酶-RNA復合物、σ因子釋放，結束起始，進入延伸階段。σ因子釋放是起始與延伸的分水嶺。2.真核生物轉錄的起始RNA聚合酶Ⅰ的轉錄起始RNA聚合酶Ⅰ起始轉錄需要兩種輔助因子UBF1和SL1的參與。

UBF1可特異地識別核心啟動子和上游調控元件（UpstreamControlElement）中富含GC對的區域。在UBF1和DNA結合以后，SL1才可結合上來。SL1類似于原核生物的σ因子，它可與啟動子特異地結合，并保證RNA聚合酶Ⅰ定位于轉錄起始位點。當兩種輔助因子與DNA結合以后，RNA聚合酶Ⅰ才能與核心啟動子結合，從而起始轉錄。RNA聚合酶Ⅱ的轉錄起始RNA聚合酶Ⅱ自身不能起始轉錄，必須在其他輔助因子的作用下，RNA聚合酶Ⅱ和其他輔助因子組成一個基礎轉錄裝置（basaltranscriptionapparatus），起始真核生物Ⅱ類基因的轉錄。RNA聚合酶Ⅱ可以起始轉錄的最短的啟動子序列稱為通用啟動子（genericpromoter），它可以在任何細胞內表達而無組織特異性。能使通用啟動子起始轉錄所需的輔助因子，稱為基礎轉錄因子（basaltranscriptionfactor，TFⅡX）。通用啟動子起始轉錄的效率很低，需要上游的調控序列及相應的輔助因子來增強其轉錄的水平。RNA聚合酶Ⅱ轉錄起始的過程需要很多輔助因子的參與，它們按一定的順序與DNA結合形成復合物。經足跡法可證明各種輔助因子與DNA結合的先后次序。識別TATA框及其上游序列的輔助因子稱為TFⅡD。TFⅡD由TBP（TATA-bindingprotein，TBP）及TBP相關因子（TBP-associatedfactors，TAFs）兩種組分組成。TBP識別TATA框。含不同TAFs的TFⅡD可以識別不同的啟動子。人類Ⅱ型啟動子的轉錄因子 因子 分子量 功能 RNAPolⅡ≥10K 依賴模板合成RNA TFⅡA 12,19,35K穩定TFⅡD和DNA的結合，激活TBP亞基 TFⅡB 33K 結合模板鏈（-10～+10），起始PolⅡ結合，和TFⅡE/F

相互作用 TFⅡD (TBP,30K)TBP亞基識別TATA，將聚合酶組入復合體中，TAFs識別特殊啟動子 TFⅡE 34K(β)結合在PolⅡ的前部，使復合體的保護區延伸到下游

57K(α)TFⅡF 38,74K 大亞基具解旋酶活性（RAP74）,小亞基和PolⅡ結合，介導其加入復合體 TFⅡH 具激酶活性，可以磷酸化PolⅡC端的CTD，使PolⅡ逸出，延伸 TFⅡI 120K 識別Inr，起始TFⅡF/D結合 TFⅡJ 在TFⅡF后加入復合體，不改變DNA的結合方式 TFⅡS RNA合成延伸 轉錄起始復合物形成的基本過程為TBP及TAFs先與TATA框附近的區域結合，而后依次為TAⅡA、TAⅡB、TAⅡF和RNA聚合酶、TAⅡE、TAⅡH和TAⅡJ。TBP與DNA的小溝結合，這和其他的蛋白因子不同，目前所知的所有蛋白質因子都是與DNA的大溝結合。TBP是唯一的一個與DNA特異結合的基礎轉錄因子。TBPinTFIIDbindstotheTATAboxTFIIAandTFIIBarerecruitedwithTFIIBbindingtotheBRERNAPolII-TFIIFcomplexisthenrecruitedTFIIEandTFIIHthenbindupstreamofPolIItoformthepre-initiationcomplexPromotermeltingusingenergyfromATPhydrolysisbyTFIIH)PromoterescapesafterthephosphorylationoftheCTDtail經分析，TBP的晶體結構呈馬鞍狀,內面與DNA結合，外面與其他的蛋白因子相互作用。TFⅡD具有識別TATA框的作用，TFⅡD結合上來以后形成的復合物可保護－45～－10的區域。TFⅡA由幾個亞基組成，可以激活TBP。它的結合可使復合物的保護區域擴展。TFⅡB與TATA框的下游結合，可使復合物的保護區域擴展至＋10。TFⅡF由兩個亞基組成，大亞基具有依賴ATP的DNA螺旋酶的活性，可能參與DNA雙鏈的熔解。小亞基與RNA聚合酶緊密結合。TFⅡF的功能是將RNA聚合酶Ⅱ于其他的輔助因子組成轉錄復合物。TFⅡF的結合可使復合物的保護區域擴展至＋30。TFIIE由兩個亞基組成，分別為34Kda和56Kda，兩個亞基對RNA聚合酶的結合和轉錄激活都是必需的。TFⅡH和TFⅡJ與復合物的結合并不改變復合物與DNA間的作用模式。

TFⅡH具有激酶的活性，可使RNA聚合酶Ⅱ的CTD尾磷酸化，結果可使聚合酶與其他的轉錄起始因子解離，從而得以進行轉錄的延伸。RNA聚合酶Ⅱ的起始過程類似于原核生物，先由RNA聚合酶和DNA形成封閉型復合物，DNA解鏈后形成開放型復合物。ATP可能與某些轉錄因子從復合物上解離有關。真核生物共計有20多種多肽分子參與RNA聚合酶Ⅱ轉錄起始過程，形成的起始復合物十分龐大，總計在1000KDa以上。真核生物RNA聚合酶Ⅱ的啟動子結構中還有其他的元件如CAAT框、GC框和八聚體元件。對各種元件的識別都需要特有的轉錄因子，如SP1可識別GC框、CAAT框由CTF家族的因子識別、識別八聚體元件的蛋白質因子不止一種，在非淋巴細胞中為oct-1，而在淋巴細胞中為oct-2。至于這些元件的識別與轉錄起始復合物形成的關系，目前還不十分清楚。RNApolII催化的基因轉錄的全過程

RNA聚合酶Ⅲ轉錄的起始RNA聚合酶Ⅲ轉錄基因的啟動子有三類，其中有兩類屬于內部啟動子。這兩類內部啟動子轉錄的起始需要三種輔助因子TFⅢA、TFⅢB和TFⅢC的參與。TFⅢB含有TBP，是RNA聚合酶Ⅲ所需要的真正轉錄因子，其主要作用是使RNA聚合酶Ⅲ正確定位于啟動子上。而TFⅢA和TFⅢC屬于裝配因子，起協助TFⅢB與啟動子正確結合的作用。RNA聚合酶Ⅲ的第三類啟動子（snRNA）不是內部啟動子，其結構類似于RNA聚合酶Ⅱ的啟動子。RNA聚合酶Ⅲ對其TATA框的識別同樣依賴于TBP，但必須有其他RNA聚合酶Ⅲ的輔助因子共同作用，使RNA聚合酶Ⅲ在啟動子上正確定位。RNA聚合酶Ⅲ并沒有對啟動子特異序列的識別作用。它能正確地結合在轉錄起始點附近，全靠其他轉錄因子的作用。RNA聚合酶III可以在僅有TATA元件的情況下從上游啟動子起始snRNA基因的轉錄。在TATA元件上游，PSE元件和OCT元件的出現會大大增加基因的轉錄效率。結合在PSE和OCT元件上的蛋白因子之間會發生協同作用。TBP在三種RNA聚合酶的轉錄起始中均有相同的作用。在RNA聚合酶Ⅰ識別rRNA的啟動子并起始轉錄的過程中，TBP是SL1的組分，起定位RNA聚合酶Ⅰ的作用。在RNA聚合酶Ⅱ的轉錄起始過程中，TBP可以識別TATA框，同樣起定位RNA聚合酶的作用。

RNA聚合酶Ⅲ的轉錄起始（包括內部啟動子）也需要TBP。盡管TBP在不同的啟動子中與其他轉錄因子形成復合物的方式不同，但功能都是一樣的，即起定位作用。所以TBP又稱為定位因子（positioningfactor）。二、轉錄的延伸轉錄的起始第一個涉及的問題是第一個堿基的選擇。在原核生物，起始轉錄的堿基距保守T為6～9個核苷酸，多為CAT模式，第一個堿基為A，這可能是由RNA聚合酶的空間結構決定的，即結合部位與聚合活性部位間的距離決定了轉錄起始堿基與TATA框（結合位點）的距離。原核生物的RNA聚合酶中，催化RNA合成的可能是β亞基。在酶分子上有兩個核苷酸結合位點，一是起始核苷酸位點。二是延伸核苷酸位點。當兩個位點都與模板互補的核苷酸結合后，第一個磷酸二酯鍵才能形成。轉錄起始后，σ因子解離下來，這時的核心酶既能夠與DNA結合，又能在DNA分子上滑動。真核生物是靠多種輔助因子的共同作用來維持這一狀態的。轉錄的延伸過程中，需要旋轉酶（gyrase）和拓撲異構酶Ⅰ（topoisomeraseⅠ）消除正超螺旋和負超螺旋。新形成的RNA鏈與DNA形成的雜交雙鏈很短，只有幾個堿基(<3bp)。RNA合成的速度約為每秒40個核苷酸，與蛋白質合成的速度相近（15個氨基酸/秒），但比DNA復制的速度要慢得多。另外，RNA聚合酶在DNA分子上的運動不是勻速的。Transition

fromtheinitiationto

elongationinvolvesthePolIIenzymeshedding(擺脫)mostofitsinitiationfactors(GTFandmediators)andrecruitingotherfactors:(1)Elongationfactors:factorsthatstimulateelongation,suchasTFIISandhSPT5.(2)RNAprocessing(RNA加工)factors

RecruitedtotheC-terminaltailoftheCTDofRNAPIItophosphorylatethetailforelongationstimulation,proofreading,andRNAprocessinglikesplicingandpolyadenylation.RNAprocessingenzymesarerecruitedbythetailofpolymerase三、轉錄的終止

轉錄進行到終止子序列時，就進入了終止階段，包括新生RNA鏈的釋放及RNA聚合酶與DNA的解離。1.轉錄終止的機制原核生物的終止子有兩種，一種是不依賴ρ因子的終止子，一種是依賴ρ因子的終止子。在不依賴ρ因子的終止子中，轉錄的終止依靠終止子本身的結構就足以使轉錄終止。ρ因子可以與新生RNA在終止子上游的某一處與RNA結合，這種結合可能需要某種特異的序列。ρ因子有依賴RNA的ATPase活性，RNA的長度要大于50nt，這說明ρ因子要與RNA結合。強終止子的結構特點

(1)有回文結構存在；（2）莖的區域富內含G-C；

(3)強終止子3′端上有6個U；

以上結構特點在終止中起何作用？ρ因子沿RNA鏈移動的速度比RNA聚合酶在DNA鏈上的移動速度快，聚合酶在終止子處的暫停給ρ因子趕上RNA聚合酶提供了機會。ρ因子可使轉錄泡的RNA-DNA解鏈，然后RNA聚合酶釋放，轉錄終止。在原核生物中，轉錄和翻譯是同時進行的，ρ因子的終止作用可因核糖體的存在而阻礙。RNA分子中的二級結構也可阻止ρ因子的作用。真核生物同樣存在終止子的結構在RNA聚合酶Ⅰ的終止過程中，需要一個輔助因子識別一個18bp的終止子序列。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ的終止子與原核生物不依賴ρ因子的終止子結構類似，可能也具有類似的終止機制，終止可能靠RNA聚合酶本身來完成。2.抗終止作用抗終止作用（antitermination）是指RNA聚合酶閱讀通過終止子，從而使轉錄過程不能在終止子處終止的一種機制，是細菌操縱子和噬菌體基因表達調控的一種方式。抗終止作用首先發現于λ噬菌體。λ噬菌體可以通過兩種抗終止蛋白pN和pQ調控不同基因的表達。真核生物的轉錄和原核轉錄的不同點：(1)原核只有一種RNA聚合酶，而真核細胞有三種聚合酶；

(2)啟動子的結構特點不同，真核有三種不同的啟動子和有關的元件；

(3)真核的轉錄有很多蛋白質因子的介入。第五節轉錄產物的后加工多數轉錄的初始產物并無生物學活性，必須經過進一步的加工才有生物學活性，特別是對于真核生物轉錄產物的后加工更為重要。一、原核生物轉錄產物的后加工原核生物mRNA的壽命非常短，這是原核生物基因表達調控的一種手段。原核生物的mRNA不需要進一步的加工就可以具有生物學活性，作為翻譯的模板。通過比較成熟的rRNA和tRNA與其原初轉錄產物，發現原核生物rRNA和tRNA的轉錄產物存在著后加工過程。參與蛋白質合成的tRNA和rRNA都不是最初的轉錄產物(1)它們的5′端都是單磷酸，而原始的轉錄產物5′應是三磷酸；(2)分子比初始轉錄物小；(3)tRNA含有特殊的堿基，這些堿基只有通過一些化學修飾才可以得到。1.rRNA的后加工原核生物有三種rRNA（5S、16S和23S），其基因（rDNA）與tRNA的基因（tDNA）混在一起，排列在一個操縱子（rrn）中。大腸桿菌有7個這樣的操縱子。rrn操縱子有兩個啟動子，第一個啟動子p1位于16SrRNA序列上游300bp左右，可能是主要的啟動子；第二個啟動子p2位于p1下游110bp左右，該操縱子轉錄的產物為