轉錄階段

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介紹

轉錄是發生在所有活生物體中的一個過程，其中以DNA形式存在的遺傳資訊被轉化為功能性RNA分子。RNA是核苷酸的聚合物，在蛋白質合成中起著關鍵作用。

轉錄是基因表達的第一步，是一個複雜的過程，涉及一系列階段。在本教程中，我們將詳細探討轉錄的不同階段。

起始

轉錄的起始階段始於RNA聚合酶（執行轉錄的酶）識別DNA的特定區域（稱為啟動子）。

• 啟動子序列決定了轉錄的起點和方向。

• 一旦識別出啟動子，RNA聚合酶就會結合到DNA上，並解開雙螺旋結構以暴露模板鏈。

• DNA的解旋非常重要，因為它允許聚合酶讀取模板鏈上的鹼基序列併合成互補的RNA鏈。

• 一旦聚合酶結合到啟動子上並開啟DNA雙螺旋結構，它就可以開始轉錄過程。

延伸

轉錄的第二個階段是延伸。在這個階段，RNA聚合酶沿著模板鏈移動，將核苷酸新增到正在生長的RNA分子中。

• 該酶催化RNA鏈中相鄰核苷酸之間磷酸二酯鍵的形成，使用暴露的DNA鏈作為模板。

• 隨著RNA聚合酶沿著DNA移動，雙螺旋結構在其後重新形成，在酶前方形成新的解開的DNA片段。

• 這個RNA合成過程持續到聚合酶到達基因或轉錄本的末端。

• 轉錄的延伸階段受到嚴格調控，需要許多蛋白質和酶的協調活動。例如，RNA聚合酶必須能夠識別並準確地將正確的核苷酸摻入到正在生長的RNA鏈中。

• 這個過程在幾種蛋白質因子的存在下得到輔助，包括延伸因子和RNA聚合酶相關蛋白。

終止

轉錄的第三個階段是終止。轉錄的終止階段涉及識別稱為終止子的特定DNA序列，該序列表示轉錄的結束。

• RNA聚合酶從DNA上分離，釋放新合成的RNA分子。然後，RNA分子經過進一步加工以成為功能性RNA。

• 原核生物中有兩種型別的終止：內在終止和依賴ρ因子的終止。

  • 內在終止發生在RNA聚合酶遇到表示基因末端的DNA序列時，導致RNA聚合酶停止合成RNA並從DNA模板上脫落。

  • 相反，依賴ρ因子的終止需要一種稱為ρ因子的蛋白質因子的活性，該因子結合到RNA轉錄本上並迫使RNA聚合酶與DNA分離。

• 在真核生物中，轉錄的終止是一個更復雜的過程，它涉及幾種蛋白質因子的協調活動。

• 在RNA聚合酶轉錄整個基因後，pre-mRNA分子在其3’端被切割並加多聚腺苷酸化。

• 這個多聚腺苷酸化過程涉及在RNA分子的3’端新增一長串腺嘌呤核苷酸，這對於轉錄本的穩定性和加工非常重要。

• 然後，RNA分子從DNA模板上釋放出來，並進行進一步的加工，包括剪接、編輯和從細胞核中輸出。

讓我們用一個例子來理解轉錄的不同階段

考慮一個編碼胰島素蛋白的基因

• 當RNA聚合酶識別胰島素基因的啟動子序列時，起始階段開始。聚合酶結合到啟動子上並分離DNA的兩條鏈。然後暴露胰島素的模板鏈，轉錄過程就可以開始了。

• 在延伸階段，RNA聚合酶沿著胰島素模板鏈移動，將核苷酸新增到正在生長的RNA分子中。當它移動時，聚合酶讀取DNA序列併合成互補的RNA鏈。這個過程持續到聚合酶到達胰島素基因的末端。

• 當RNA聚合酶遇到表示胰島素基因末端的特定DNA序列時，終止階段發生。聚合酶從DNA上脫落，釋放新合成的RNA分子。然後，RNA分子經過進一步加工以成為功能性胰島素。

轉錄階段的另一個例子

人類血紅蛋白蛋白基因

• 在這種情況下，當RNA聚合酶識別血紅蛋白基因的啟動子序列時，起始階段開始。聚合酶結合到啟動子上並開始解開雙螺旋結構。

• 在延伸階段，RNA聚合酶沿著血紅蛋白模板鏈移動，將核苷酸新增到正在生長的RNA分子中。當它移動時，聚合酶讀取DNA序列併合成互補的RNA鏈。這個過程持續到聚合酶到達血紅蛋白基因的末端。

• 當RNA聚合酶遇到表示血紅蛋白基因末端的特定DNA序列時，終止階段發生。聚合酶從DNA上脫落，釋放新合成的RNA分子。然後，RNA分子經過進一步加工以成為功能性血紅蛋白。

結論

總之，轉錄是一個複雜的過程，它涉及識別特定的DNA序列、解開雙螺旋結構、將核苷酸新增到正在生長的RNA分子中以及釋放新合成的RNA分子。

轉錄的階段是起始、延伸和終止，這些階段對於準確有效地表達遺傳資訊至關重要。

瞭解轉錄的不同階段對於研究基因表達的研究人員和學生以及開發針對各種疾病的新療法和治療方法至關重要。