DNA转录（RNA合成） - 物品，图和视频

DNA转录定义

DNA转录，也称为RNA合成是通过RNA聚合酶将DNA中包含的遗传信息被RNA聚合酶重新写入Messenger RNA（mRNA）的过程。

• 合成的mRNA从细胞核中输送出来，在那里稍后将通过翻译机制辅助蛋白质的合成。
• 调控细胞核内mRNA的产生，细胞自动调节基因表达率。
• 转录过程由RNA聚合酶辅助，它在DNA模板上复制正确的序列，以产生基因的互补RNA副本。
• 真核生物和原核生物的转录基本机制是相同的，但在许多方面存在差异。

DNA转录酶及其功能

用于DNA转录的主要酶是RNA聚合酶．在原核生物中，使用一种类型的RNA聚合酶，而在真核生物中，使用三种类型的RNA聚合酶I.E RNA聚合酶I，II和III。

图:RNA聚合酶。图片来源:汗学院．

RNA聚合酶的主要功能包括:

1. 引发复合物的形成，它有助于DNA的双螺旋结构的展开过程
2. 通过添加核苷酸碱基，腺嘌呤(A)，胞嘧啶(C)，鸟嘌呤(G)和尿嘧啶(U)，合成和延伸RNA转录本。
3. 它形成终止序列，终止转录。

了解更多:RNA聚合酶-定义，类型和功能

DNA转录步骤

总结:转录的步骤

• 50种不同的蛋白质转录因子将绑定到启动子网站，在待转录的基因的5'侧。
• RNA聚合酶与转录因子复合物结合，使DNA双螺旋打开。
• RNA聚合酶然后读取3 '到5的一条链;方向
• 在真核细胞中，用于推进RNA聚合酶（POL II）的核细胞，用于蛋白质编码基因。
• RNA聚合酶和转录因子复合物取代核小体后，DNA已经转录和Pol II已经转移。
• 当RNA聚合酶沿着DNA链移动时，它利用三磷酸(ATP)将核糖核苷酸组装成一条RNA链
• 通过碱配对将每种核糖核苷酸插入生长的RNA链中，即每种胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）连接，同时尿嘧啶（U）与腺嘌呤（A）连接。
• RNA的合成在5 ' -3 '方向进行
• 当将每个核苷三磷酸盐加入到生长链的3'末端时，除去两个末端磷酸盐。
• 当转录结束时，转录本从聚合酶中释放出来，聚合酶也从DNA中释放出来

DNA转录过程

• 在原核细胞中，转录的整个机制可以概括为三个阶段:起始、延伸和终止。
• 在原核生物的末端，形成的mRNA准备好翻译。
• 与真核生物不同的是，在终止后，一个不成熟的mRNA会形成，因此，需要更多的过程来形成一个成熟的mRNA，然后被翻译成蛋白质。
• 一般来说，转录过程将DNA转录成信使RNA，信使RNA是一种携带合成蛋白质所需信息的RNA。
• 在真核生物中，转录有两个主要步骤;

1. 1. 使用RNA聚合酶形成预先通信RNA形成
   2. 通过剪接编辑前信使RNA

• 前信使RNA的形成包括起始、延伸和终止阶段，最后形成mRNA。
• 然后mRNA经历不同的剪接阶段以形成成熟mRNA。

前信使RNA的形成

图：DNA转录开始。图片来源:汗学院．

• 当转录开始时，DNA必须通过RNA聚合酶助出，催化该方法。
• 在转录过程中，只有一条DNA链被转录，即具有起始序列的DNA链。这条链被称为意义链，而互补链被称为反义链。
• 转录的mRNA通常是感觉链的副本，然而，它是转录的反义链。
• 核糖核苷三磷酸（NTPS）通过碱基配对沿着反义DNA链对准，然后RNA聚合酶将核糖核苷酸聚集在一起形成预使rNA分子，与反义链的区域互补。
• 当RNA聚合酶找到三联体碱基作为停止信号时，转录就完成了。在这一阶段，DNA分子倒带重新形成双螺旋结构。
• Messenger RNA（mRNA）的形成三个阶段：启动，伸长和终止

初始化

原核生物的启动子和起始

图:原核生物中的启动子和起始。图片来源:汗学院．

• 转录开始的信号是在一个称为启动子的区域。
• 启动子是RNA聚合酶结合的位点，这样启动子就可以引导聚合酶在DNA上的位置，从而启动转录。
• RNA聚合酶是催化转录机制的酶。
• RNA聚合酶有一个sigma (σ)因子，它是解离单位，允许酶识别启动子序列(转录的起点)，这是间隔在-35和-10区域。
• 启动子序列通过附着在DNA模板分子上并沿着模板分子移动而被RNA聚合酶的全酶亚基识别。这形成了一个封闭的启动子复合物。
• 一个DNA分子可能有多个启动子序列或封闭的启动子复合物。
• 启动子与转录因子以及RNA聚合酶结合形成复合物。
• 转录因子是控制转录速率的调节蛋白。
• 当RNA聚合酶与启动子序列结合时，它使DNA双链局部变性，形成开放的启动子复合物，成为双链DNA的解链部分，暴露出两条DNA链上的碱基。

真核生物的启动子和起始

图:真核生物的启动子和起始。图片来源:汗学院．

• 在真核生物中，RNA聚合酶不像原核生物那样直接附着在启动子序列上。
• 一个被称为基础(一般)转录因子的辅助启动子首先与启动子结合，帮助RNA聚合酶附着到DNA模板上。
• 真核生物有一个启动子序列，叫做塔塔盒子,被转录因子识别，最终允许RNA聚合酶的结合。
• TATA盒子里有很多的a和t，使它很容易把DNA链分开。

伸长

图:DNA转录延伸。图片来源:汗学院．

• 在开始转录后，Sigma（σ）因子从RNA聚合酶解离。
• 在3'至5'方向上读取模板股线，这意味着RNA合成在5'至3'方向上发生，用核苷三磷酸（NTPS）作用为酶的底物。
• 来自DNA模板的另一条链被称为编码链，因为新mRNA的碱基序列与它完全相同，只是硫胺素被尿嘧啶碱基取代了。
• RNA聚合酶催化相邻的核糖核苷酸之间的磷酸二酯键的形成。
• RNA聚合酶所使用的能量来自于将高能三磷酸分解成一磷酸，释放出无机二磷酸(PPi)。
• 形成转录泡沫，并且必须保持正弦转录在双链DNA模板上发生。气泡在伸长期间沿DNA双链体移动。
• 停止或暂停是常见的，这是后来的转录终止必不可少的。

终止

• 这是结束转录的过程，当通过称为终止符序列的停止序列发信号通知时发生。
• 当RNA聚合酶转录终止子序列时，会发生这种情况。
• 然后，RNA聚合酶释放展开返回双螺旋结构的DNA柱。

视频讲座：DNA转录和mRNA处理（视频由Khan Academy）

Pre-translational mRNA加工

• 在真核生物中，已被转录的mRNA称为前mRNA，因此，它必须经过其他方法以成熟至成熟mRNA。
• 这些被称为翻译前mRNA过程。它们包括:

5'封盖

• 这是向mRNA的5'末端添加甲基化的鸟嘌呤帽
• 5 '帽有助于核糖体对mRNA分子的识别，同时也保护未成熟的mRNA不受RNases的降解。

聚腺苷酸化

• 这是向mRNA的3'末端添加聚（a）尾部。聚（a）尾部由几种腺苷一磷酸腺苷，其稳定RNA，因为其天然不稳定。

拼接

• 这是不同蛋白质的一个基因序列的编码，保存了遗传物质。
• 该过程涉及：
  • 通过缩写细胞切除除去称为内含子的非编码序列。
  • 通过连接加入称为外显子的编码序列。
  • 拼接是序列依赖性的，因此它发生在转录物内。
  • 这允许许多蛋白质由一个前mrna组成
• 在剪接过程的最后，成熟的mRNA将被制造出来。
• 成熟的信使rna成为信使载体，使蛋白质合成发生。
• 成熟mRNA具有开放阅读框架（ORF），该区域被翻译成蛋白质。ORF上的翻译是在三个称为密码子的三个核苷酸的块中完成。
• 5 '和3 '末端是蛋白质合成过程中未翻译的非翻译区域(UTRs)。

真核生物的DNA转录(与原核生物的区别)

真核生物和原核生物的转录既有相似之处，也有不同之处。

相似之处

一些常见的相似之处包括;

• 在这两种生物体中，DNA都被用作模板
• RNA聚合酶是促进这两种生物体整个机制的主要酶
• RNA分子是两种生物的最终产品
• 在这两种生物中，转录本的化学组成是相同的

差异

真核生物和原核生物之间转录的主要差异包括:

启动子：

• 原核生物有3个启动子元件，分别为-10、-35和上游元件
• 真核生物有许多不同的启动子元素I.E TATA盒，发起人元素，下游核心启动子，CAAT盒和CG盒

RNA聚合酶:

• 原核生物有一种帮助合成RNA链的RNA聚合酶。
• 真核生物有三种帮助RNA链合成的RNA聚合酶I、II和III。

引发：

• 真核生物的起始复合物由各种转录因子组成，这些因子在完成开始过程中解散。
• 虽然原核生物不形成发起者复合物

转录与翻译并行

• 另一种主要区别在于，在原核生物中，在真核生物中同时发生转录和翻译，在发起翻译机制之前必须完成转录。
• 真核生物中的RNA经历转录后修饰，如封端，聚腺苷酸化和剪接，以形成前进的成熟mRNA。这些过程不会在原核生物中进行

RNA基因

• 原核生物的信使rna在单个信使rna上有许多不同的基因，因此它们被称为多顺反子
• 真核生物在一个mRNA分子上只有一个基因，因此称为单顺反子。

终止

• 在原核生物中，转录终止由rho依赖或rho独立的因子辅助，而在真核生物中，转录终止由聚腺苷化(A)信号和下游终止序列终止。

逆转录

• 这是RNA对DNA的转化，RNA作为在合成作为互补DNA（cDNA）的DNA的合成中的模板。
• 中心法则定义了包括DNA合成(复制)、RNA合成(转录)、蛋白质合成(翻译)和cDNA合成(逆转录)的机制。因此，DNA编码RNA, RNA编码蛋白质，RNA也可以在逆转录的情况下编码DNA。
• RNA编码的病毒通过逆转录机制，其基因组RNA在逆转录酶的帮助下转化为DNA。
• 逆转录也被称为逆转录或逆转录。这是一个极其错误的过程，可能导致突变，导致耐药性。
• RNA转化为DNA通常是理想的应用于实验室，主要作为大多数RNA病毒的诊断工具，如艾滋病毒、肝炎、流感、冠状病毒等

转录抑制剂

转录抑制剂是用于抑制RNA聚合酶的作用和机制的元素，其阻碍了转录过程。主要使用转录抑制剂以阻碍疾病导致病原体的转录细菌机制。一些最常用的抑制剂包括

• α-胆碱 - 这是从酵母中提取的抑制剂，即选择性的RNA聚合酶II和RNA聚合酶III。
• 利福平通过与β-亚基结合而抑制DNA依赖性RNA聚合酶来抑制细菌转录。
• 8-羟基喹啉也是一种抗真菌转录抑制剂
• 其他包括放线霉素D，CDK9抑制剂，如DRB和FlavoPiridol，雷亨替换。
• 抑制机制是释放转录作用的组蛋白甲基化。

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