基因轉錄

轉錄因子(transcription factor)是起調控作用的反式作用因子。轉錄因子是轉錄起始過程中RNA聚合酶所需的輔助因子。真核生物基因在無轉錄因子時處於不表達狀態，RNA聚合酶自身無法啓動基因轉錄，只有當轉錄因子(蛋白質)結合在其識別的DNA序列上後，基因才開始表達。轉錄因子的結合位點（transcription factor binding site，TFBS）是轉錄因子調節基因表達時，與mRNA結合的區域。按照常識，轉錄因子（transcription factor，TF）的結合位點一般應該分佈在基因的前端，但是，新的研究發現，人21和22號染色體上，只有22%的轉錄因子結合位點分佈在蛋白編碼基因的5'端。

這篇文章的試驗方法是，通過高密度的寡核苷酸芯片，反映出人21和22號染色體的幾乎所有的非重複序列，通過這種芯片，檢測三種轉錄因子，Sp1、 cMyc、和p53的結合位點。結果表明，每種轉錄因子都有大量的TFBS與之結合。然而，只有22%的轉錄因子結合位點分佈在蛋白編碼基因的5'端， 36%的TFBS分佈在蛋白編碼基因的中部或3'端，並且這36%的TFBS常常和基因組中的非蛋白編碼RNA分佈在一起。這暗示，在人的基因組中，不僅包含蛋白編碼基因，也包含數量相當的非編碼基因（noncoding genes），他們都受常見的轉錄因子所調控。

真核生物在轉錄時往往需要多種蛋白質因子的協助。一種蛋白質是不是轉錄機構的一部分往往是通過體外系統看它是否是轉錄起始所必須的。一般可將這些轉錄所需的蛋白質分為三大類：

(1)RNA聚合酶的亞基，它們是轉錄必須的，但並不對某一啓動子有特異性。

(2)某些轉錄因子能與RNA聚合酶結合形成起始複合物，但不組成遊離聚合酶的成分。這些因子可能是所有啓動子起始轉錄所必須的。但亦可能僅是譬如説轉錄終止所必須的。但是，在這一類因子中，要嚴格區分開哪些是RNA聚合酶的亞基，哪些僅是輔助因子，是很困難的。

(3)某些轉錄因子僅與其靶啓動子中的特異順序結合。如果這些順序存在於啓動子中，則這些順序因子是一般轉錄機構的一部分。如果這些順序僅存在於某些種類的啓動子中，則識別這些順序的因子也只是在這些特異啓動子上起始轉錄必須的。

黑腹果蠅的RNA聚合酶需要至少兩個轉錄因子方能在體外起始轉錄。其中一個是B因子，它與含TATA盒的部位結合。人的因子TFⅡD亦和類似的部位結合。同樣，CTF(CAAT結合因子)則與腺病毒的主要晚期啓動子中與CAAT盒同源的部位相結合。結合在上游區的另一個轉錄因子是USF(亦稱MLTF)，則可以識別腺病毒晚期啓動子中靠近-55的順序。轉錄因子Sp1則能和GC盒相結合。在SC40啓動子中有多個GC盒，位於-70到-110之間。它們均能和Sp1相結合。然而含有GC盒的不同的DNA順序與Sp1的親和力卻各不相同。可見GC盒兩側的順序對Sp1-GC盒的結合究竟如何能影響轉錄。有時候需要幾個轉錄因子才能起始轉錄。例如胞苷激酶的啓動子需要Sp1與GC盒結合和CTF與CAAT盒結合;腺病毒晚期啓動子需要TFⅡD與TATA盒結合和USF與其鄰近部位相結合。以上所述的因子是一般轉錄都需要的，似乎並沒有什麼調節功能。另一些轉錄因子則可以調控一組特殊基因的轉錄。熱休克基因就是一個很好的例子。真核生物的熱休克基因在轉錄起始點的上游15bp處有一個共同順序。HSTF因子僅在熱休克細胞中有活性。它與包括熱休克共同順序在內的一段DNA相結合，所以這個因子的激活可以引起約包括20個基因的一組基因起始轉錄。在這裏，轉錄因子和RNA聚合酶Ⅱ之間關係很類似細菌的σ因子與核心酶之間的關係。

在真核生物中，DNA的轉錄在細胞核中進行，其中rRNA的合成發生在核仁，mRNA的tRNA的合成發生在核質中。

在原核生物中，轉錄在細胞質的核質區進行。

轉錄開始不需要引物，鏈的延長方向也是 5′→ 3′。

每次被轉錄的DNA只是一個小區段，而且是其中的一條鏈。

我們將用作RNA合成的模板的鏈叫做反義鏈；另一條不做模板的鏈叫有義鏈。

對於整個DNA雙鏈，每條鏈上有的區段用作有義鏈，有的區段用作反義鏈。

3. 原核生物參與轉錄的酶

RNA聚合酶

有五種亞基：a、b、b′、w、s，此外每個酶分子還含有2個Zn原子。

s亞基：用於識別DNA上轉錄的起始位點，引導核心酶結合到它上面

核心酶：由s亞基識別起始點後，由核心酶負責解開DNA雙鏈、RNA鏈的延伸、恢復後面的DNA雙螺旋

a亞基 —— 與啓動子結合

b亞基 —— 催化磷酸二酯鍵的形成

b'亞基 —— 與DNA模板結合

DNA上存在着轉錄的起始信號，它是特殊的核苷酸序列，稱為啓動子。

轉錄是由RNA聚合酶全酶結合於啓動子而被啓動的。

其機理是：s因子能識別啓動子，並識別有義鏈，它與核心酶結合，引導核心酶定位到啓動子部位。

當聚合酶結合到啓動子上後，在啓動子附近將DNA局部解鏈，約解開17個鹼基對。（酶與啓動子結合的部位是AT富集區，有利於解鏈）

第一個核苷三磷酸(常常是GTP或ATP)結合到全酶上，形成“啓動子-全酶-核苷三磷酸”三元起始複合物。

第二個核苷酸參入，連結到第一個核苷酸的3'羥基上，形成了第一個磷酸二酯鍵。

s因子從全酶上掉下，又去結合其它的核心酶。

當s因子從核心酶上脱落後，核心酶與DNA鏈的結合變得疏鬆(依靠其蛋白質的鹼性與酸性核酸之間的非特異性的靜電引力)，可以在模板鏈上滑動，方向為DNA模板鏈的 3′→ 5′，同時將核苷酸逐個加到生長的RNA鏈的3'-OH端，使RNA鏈以 5′→ 3′方向延伸。

在RNA鏈延伸的同時，RNA聚合酶繼續解開它前方的DNA雙螺旋，暴露出新的模板鏈，而後面被解開的兩條DNA單鏈又重新形成雙螺旋，DNA雙螺旋的解開區保持約17個鹼基對的長度。

新合成的RNA鏈能與模板形成RNA-DNA雜交區，這個雜交區也在隨着RNA聚合酶的移動而不斷地移動着。

DNA分子上有終止轉錄的特殊信號，也是特定的核苷酸序列，稱為終止子。

RNA聚合酶可以識別終止子，它在一種蛋白質 —— r因子的幫助下，終止轉錄，放出RNA鏈；有時，RNA聚合酶不需要r因子的幫助即可終止轉錄。

核心酶釋放了RNA後，也離開DNA。

DNA上的解鏈區重新形成雙螺旋。