RNA的结构与功能.doc

!-RNA的结构与功能摘要RNA是所有生物体和生物细胞完成遗传和更新使命的不可或缺的物质，生物学界和医学界也在一直不断的探索，由于RNA是细胞内蛋白质合成的中间物质，那么就可以以这个为切入点，通过抑制RNA的转录或者与它有关的一些酶的活性，可以达到治疗某些疾病的目的。通过对RNA的结构、功能、分类、研究历史及进展，近而研究RNA在蛋白质合成过程中的具体作用，包括从遗传物质DNA到RNA的转录过程，以及RNA翻译为蛋白质的过程。最重要的是RNA干扰技术的应用，通过使某些特定的基因沉默，从而达到抑制蛋白质合成的目的。关键词 RNA DNA转录 蛋白质的翻译 The Structure and Function of RNAAbstractRNA is the indispensable material of all living organisms and biological cells to complete the genetic and update mission,biologists and the medical profession also has comtinued to explore , RNA is protein synthesis intermediates , then you can ues this as a cutpoint , through the inhibition of RNA transcription or enzyme activity it can achieve the purpose of treatment of certain diseases . By RNA structure , function ,classification and study of history and progress of the past studies of the specific role of RNA in the protein synthesis, including the process from the genetic material from DNA to RNA transcription ,and translation from RNA to protein .The most important is the application of RNA interference technolog ,by making certain specific gene silencing ,thereby inhebiting protein synthesis . Keywords : RNA DNA transcription Protein translation目录前言1.RNA的简要概述1.1 RNA的概念 (1)1.2 RNA的分类及其作用 (1)1.2.1 信使RNA（mRNA）(1)1.2.2 核糖体RNA（rRNA）(1)1.2.3 转运RNA（tRNA）(1)1.3 RNA的研究历史及发展前景 (2)1.4 RNA的空间结构(7)1.4.1 mRNA的空间结构。 (8)1.4.1.1帽子结构 (8)1.4.1.2 多聚A尾结构 (8)1.4.2 tRNA的空间结构 (8)1.4.2.1 tRNA的一级结构特点(9)1.4.2.2 tRNA二级结构特点 (9) 1.4.2.3 tRNA的三级结构特点 (10)1.4.3 rRNAR的空间结构 (10)1.5 RNA的提取方法 (11)1.5.1 RNA的分布 (11)1.5.2 RNA的提取方法及原理 (11)1.5.2.1样本前的处理 (11)1.5.2.2 细胞的裂解 (12)1.5.2.3 RNA的纯化及获得 (12)1.6 在哺乳动物中RNA与DNA的异同 (12)2. 本论文研究的内容生物信息的传递【1】2.1 RNA的转录 11 (13)2.1.1 转录的基本过程 (13)2.1.2 转录机器的主要成分 (15)2.1.2.1 RNA聚合酶 (15)2.1.2.2 转录复合物 (15)2.1.2.3 启动子 (15)2.2 启动与转录的起始 (15)2.2.1启动子区的识别 (15)2.2.2 酶与启动子区的结合 (16)2.3 蛋白质的翻译 (16)2.3.1 遗传密码三联子(17)2.3.2 肽链的延伸(17)总结 (18)谢辞 (19)参考文献 (20)前言 RNA（ribonucleic acid）广泛存在于原核生物和真核生物的细胞质以及真核生物细胞的某些细胞器（如线粒体、高耳基体）中。RNA噬菌体和RNA病毒中的遗传信息的载体是RNA。生物体RNA含量的多少与生物进化水平的高低有关，高等生物体内所含的遗传信息多，那么RNA的数量也就会比较多。生物体内RNA的含量根据生理遗传需要而有所不同，例如有些细菌需要不断适应外部环境，其体内编码某些诱导酶的mRNA的含量就比较多，人类癌细胞繁殖的速度快，那细胞内所含的与合成相应蛋白质所对应的RNA也会比较多。目前科学家己经对RNA的结构组成和功能有了比较详细的了解，相信随着科学家们对RNA的逐步深入探索，可以使基作为抑制蛋白质合成的靶点，从而使癌细胞以及一些其它的肿瘤细胞的分裂得到有效的抑制。1.RNA的简要概述1.1 RNA的概念RNA是核酸的一类物质，是由核糖核苷酸通过3、5端的磷酸二酯键经一系列的缩合作用而形成的长链分子。在很多病毒中，RNA是其唯一的遗传信息的载体，在某些RNA病毒中，RNA就是它的遗传物质，而在所有的哺乳动物中，RNA是合成蛋白质不可或缺的物质。1.2 RNA的分类及其作用在生物体内有很种不同的RNA分子，在大多数的生物体内主要有三种，它们分别是信使RNA（messager RNA，mRNA）、转运RNA（transfer RNA，tRNA）和核糖体RNA（ribosomal RNA,rRNA）。它们对于基因的表达和转录起着至关重要的作用。1.2.1 信使RNA（mRNA）在以往的认识中，DNA是直接决定蛋白质合成的物质，因为，遗传信息主要是存在于位于胞核内染色体上的DNA中的，然而研究发现，蛋白质的合成环节并不是在细胞核内，相反是在细胞核外细胞质中的核体内进行的，那这样推断开来，位于DNA碱基序列上的遗传物质关不能直接的连接到蛋白质合成的过程中，它们之间没有直接的联系，那蛋白质的合成过程是怎以样的呢，早在18世纪五十年代，科学家们就一直在研究着这一问题，最终证明：这种合成过程是要通过一种特定的RNA来传递DNA上的遗传信息给蛋白质上的氨基酸序列的，这种物定RNA就是现在所说的信使RNA(messager RNA，mRNA)，这种RNA起着传递遗传信息的作用， 它能够记录DNA上的碱基序列，然后再把它们准确的转录下来，这样遗传信息就被保留了下来，经过一定的过程这些遗传信息被带到细胞质中的核糖体上，由于不同的蛋白质一的氨基酸是有一定的排列顺序的，这种顺序的排列就要由mRNA一的碱基序列来决定了。经过这样的过程，带有DNA上遗传物质特性的蛋白质就合成了，它的外在性状依然是原来DNA所控制的，在这个过程中，也就是DNA的转录前，每条mRNA的链中的所有编码序列并不能都被用于决定氨基酸的排列，而这种用于编码的序列相对的还比较少，只有大约四分之一左右的才有这样的功能，其它四分之三的部分则是属于非编码序列了【1】，经过这些过程后，再最后合成蛋白质。1.2.2 核糖体RNA（rRNA）核糖体的主要组成成分就是核糖体RNA了，而且这种核糖体RNA分子一般都不是单独游离于核糖体内的，它们中的大多数都是与核糖体内的蛋白质结合在一起的，也只有这样，所形成的物理结构才会符合能量最低的原理，从而形成稳定的核糖体。在原核生物和在真合生物细胞中所含的RNA还有很大的不同，同时它们的种类也有很大的不同，在真核生物结胞内的核糖体RNA大概有四种，它们所含的核苷酸数量也是不等的。在原核生物的细胞内，核糖体RNA一般有三种，它们是通过一种沉降系数来区分的，可以用超速离心的方法来测定一个核糖体RNA分子的沉降速度，这个速度也和沉降系数有极大的关系，同是还与粒子的半径存在一定的比例关系【1】。 在真核生物中，在高倍的电子扫描隧道显微镜下观察，如果将核体内部分核糖体RNA从其上剥离的话，那核糖体的整体结构就会发生一定的变化，而且还会发现，某一种核糖体RNA（16S）的一端是与信使RNA的一端互补的，这样的结合的目的是为了信使RNA更准确的传递遗传信息。1.2.3 转运RNA（tRNA）通过上面的说明，我们都知首核糖体才是蛋白质的合成场所，而mRNA是DNA与蛋白质之间的中间使者，那它们之间是怎么样相互传递的呢，因为合成蛋白质的各种氨基序列与mRNA上的碱基序列是不能直按就挨在一起的，所以仅靠mRNA本身也是不能独立完成的，这时就急需一种物质把这些氨基酸原材料运输到核粮体上，这样才能让其与mRNA完美的结合，这种物质就是我们所说的转运RNA（tRNA),tRNA的存在能够使合成蛋白质的20种氨基酸和mRNA的碱基之间产生一种结合作用所必须的结合力，tRNA的种类也有很多，现在知的有40多种。此外，还有一种RNA，它相对以上三种RNA所起的作用在蛋白质合成过程中经常容易被忽略，它就是小核RNA（snRNA），小核RNA是真核生物转录后的加工过程中所产生的RNA剪接体的主要成分。另外，还有一些与染色体尾端的复制有关的端体酶RNA；以及可以参与调控基因表达的反义RNA；作为rRNA的加工和修饰的小核仁RNA（snoRNA）；作为蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分的小胞质RNA（scRNA/7s-RNA）等等。1.3 RNA的研究历史及发展前景1.3.1 早期的RNA是在19世纪的80年代也就是20世纪初，首先解决了核酸的组成和核苷酸的结构。1869年瑞士著名的生物学家迈斯彻（Miescher）为了研究细胞核的化学成分，在其中发现了酸性的含磷化合物，并将其命名为核质，这种物质实质上是含蛋白质的核酸制品。1889年的时候，科学家R.Altmann将这种混杂的化合物纯化从而得到了不含蛋白质的核酸制品，称为核酸。到了1893年，AKossel经过大量的实验研究加上前人的经验，认识到染色质是由核酸和蛋白质组成的，认为核质与新遗传组织的形成有很大的关联。但是，当时的学术观念认为生命的一切活动是由蛋白质来主导的，这位伟大的科学家也未能跳出这样思想的束缚，没有真正的认识到核质就是我们后来所说的遗传物质，没有继续从事自己的研究，并在1905年将他的研究方向改为了细胞核中的碱性蛋白质，从而遗憾的使核酸的研究停滞几十年。1.3.2 直到20世纪的五六十年代，RNA的发展非常的快速，并在这一期间提示了RNA的翻译功能，而且也发现了MRNA,RRNA和TRNA,从而也破译了遗传密码。1944年美国的生物学家Avery、Macleod和Mccarty发表了很具影响力肺炎双球菌转化实验结论：并且证明了蛋白质不是真正的遗传物质，DNA才是遗传信息的载体。1953年，watson与Crick共同提出了DNA分子的双螺旋结构假说，为分子生物学奠定了基础，否定了“生命世界是蛋白质”的理论。1958年，Crick提出著名的中心法则，其核心是：生命世界的主导物质是DNA和蛋白质，该法则一直被生化界利用20多年，一直误导人们对真核生物的真正理解，直到20世纪末，断裂基因的发现改变了这个结论。1.3.3 20世纪50年代中期后的10年间，是RNA研究的一个黄金时期。1961年Crick证明了在每条DNA长链中的碱基是分组的，每组都含有三个碱基；1957年Zemecnik发现了tRNA；1959年rRNA也被相继的发现了；1961年法国的Monod和Jacob假定了mRNA的存在；1965年测出了第一个核酸(酵母丙氨酸tRNA)的一级结构；Khorana人工合成了遗传密码；Nirenberg建立了核糖体和蛋白质的结合技术，这咱合成是非细胞下完成的。具有很大的历史意义；1966年破译了遗传密码子，使RNA的发展进入了一个相对比较完善的时期。1.3.4 突破“中心法则”到了20世纪70年代的后期和20世纪末21世纪初期，科学家们又积累了许多新的发现，这其中包括调控RNA，人类基因组计划，还有对基因组的研究，人们对这些新发现的研究，表明了人类不断突破旧观念的过程，也正因为这些成果，也使们们对于遗传界的研究向前迈进的一大步。1.3.5 20世纪80年代，RNA催化和调控功能的提示。 1981年，TCech发现某种RNA是可以作为一种催化剂来使用的，当然这咱催化剂要在一定的生物体内才会起作用，它也因此将具有这种催化用化学本质的RNA命名为核酶。之后，sAltman证明体外转录的核糖核酸酶内的RNA，也具有一定的催化作用。核酶的这一发现，打破了统治生化界超半个世纪的理论，更正并阐明了：酶就是一种蛋白质。这个结论也有助于人们探索生命从起源到发展过程中存在的长期争论而没有结论的难题，这一个难题就是之前前人提出的是先有蛋白质还是先有核酸？科学家们也在这一时期总结了出了生物高分子的化合物总共有三种：分别是DNA、RNA和蛋白质。DNA是携带遗传信息的物质，但是我们平时看到的摸到的外在表现性状并不是它，而是蛋白质分子，DNA的复制也要有一定的中间物质作为催化剂才能够完成；蛋白虽然可以作为外在性状表现的分子，但是又不能自我控制自我的性状，只能通过DNA来控制它的活动；而RNA，既能够携带遗传信息，又能够作为功能分子，有些甚至自身就能够完成自我复制。因此，科学家们大胆推测：RNA是最先能够进行自我复制活活的，这种活动可能从生命起源的时候就开始了，因此它也是作为遗传物质出现在那个时候的。此后的30年，人们对RNA研究取得了突破性的进展，一些新的发现突破了“中心法则”束缚，对RNA的探索的脚步也在不断的向前迈进。从DNA这种我们认为的最基础的遗传的开始，到我们外在的表现性状，这种种的过程无疑就是遗传的一个过程，这个过程看似条理清析，但实际过程的复杂性完全超乎我们的想像。到了1989年，Gilbert提出了RNA世界的假说，第一次将RNA摆在了早期生命进化的中心位置；Uhlembeck教授于1990年提出了“20世纪90年代将是RNA的研究最活跃时期”，此后，正如教授所假定的一样：RNA新的种类、新的功能和新的作用机制不断的被探索和发现。1999年到2000年，通过大量的研究证明了蛋白质不可能作为催化肽键形成化合物，而这种催化物只能是rRNA。1.3.6 RNA干扰1.3.6.1 RNA干扰的发现正是生物学界对RNA的不断探索与研究，1990年，科学家给矮牵牛花的某些细胞内注入了一种基因，这种基因具有催生红色素的功能，目的是想让花的颜色更鲜艳，但是结果确和预想的完全不同，实验用的花朵全部变为了白色，这样类似的实验科学家们也做了很多，但是几年间一直没有人能够解释这一现象， 直到1998年，美国的安德鲁法尔和克雷格梅洛基于此实验大胆的提出了假设，出现这种奇怪现象的原因是由于生物体内控制这一性状的某种基因的作用被抑制了，这种特定的物质可以使特定的基因工作或者抑制，也可以使其生命活动变活跃或者微弱。这种使生物细胞内某些特定基因被抑制的机制就是RNA的干扰（RNAi），RNA的干扰作用是使控制蛋白质合成过程中的某些特定RNA碱基序列（也称为靶基因）被降解，这样就使得这些靶基因决定的氨基酸序列无法表达，或者表达出错误的信息，从而阻断相关蛋白质的合成。这也就达到了干扰的目的。1.3.6.2 RNA干扰的作用机制RNA的干扰作用机制，就是用一种能够将细胞中的双链RNA分段成多个部分的小片段，大多数情况下，我们用到的这种酶叫活性核酸酶，一般在干扰机制中选用迪色酶，它可以将正常的RNA分解成24个RNA双链小片段，这样下来，就干扰了mRNA中的碱基序列指导氨基酸的顺序，还有就是一些互补区域的缺失加之核蛋白诱导基因的沉默，从而实现了干扰正常基因的表达功能【6】。如图7所示： 一般情况下，我们向生物细胞内注入的活性酶物质肯定是少量的，它的分子量只是细胞内相应核苷酸的千分之几甚至万分之几，但是这种起诱导作用的酶所起的作用是可以被放大很多倍的，因为他们是循环作用于细胞内相应的RNA链的，这样就可以达到我们所说的使全部相应的基因无法完成表达功能。1.3.6.3 RNA干扰技术的应用前景RNA的这一干扰技术的发现也开启了对RNA研究的新的领域，科学家认为，的这种干扰机制不仅可以作为研究特定基因功能的一种工具，相信在不久的将来，这种干扰机制一定可以用于治疗现在医学上无法治攻克的一些重大疾病，就像现在困扰人们的癌症和艾滋病等等，并且可以从根源上治愈它们。其实现在己经有利用这一技术治愈肝炎的实例了，只是不是人类的肝炎而是实验小鼠的。这种干扰技术一旦发展成熟，将在各个领域都有所作为，目前为止，RNA干扰技术主要是应用于基因功能研究或基因治疗及药物筛选等。在医学上的基因治疗方案，一般选用的都是传统的基因敲除技术，但是这种方法有很多不足之处，可操作性不如这种基因干扰技术强，效果也相比干扰技术不明显，作用也不如干扰技术的效果快。所以干扰技术是我们为一些疾病开辟新途径的必然选择。1.4 RNA的空间结构RNA是由核糖核苷酸经磷酯键缩全而形成的分子，单个的核糖核苷酸分子是由一分子的磷酸、一分子核糖和一个碱基所构成的，其中碱基主要有四种，分别是腺嘌呤（A）其结构如下(图1.1 a) ； a ：腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G），其结构如下图1.1b所示； b：鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C），其结构图如下1.1c所示； c：胞嘧啶（C）尿嘧啶（U），如下图1.1d所示： d：尿嘧啶（U） 图 1.1：四种碱基的结构由它们组成的核苷酸分别称为，腺嘌呤核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸。这里重点要提一下尿嘧啶，尿嘧啶是RNA区别与DNA的一个具有特征性碱基，那么这几种化学物质是怎样构成核糖核苷酸的呢？和DNA的结构图区别是什么呢？（如图1.2） 图1.2：核糖核苷酸链，脱氧核糖核苷酸链核糖和碱基之间的连接，一般都是1号C原子上的一个氢被含氮碱基所代替，这样的结构是相对比较稳定的1.4.1 mRNA的空间结构。总的来说，作为蛋白质合成的模板，一般我们看到RNA的就只是这样的一个整体结构，如图1.3所示： 图1.3：真核生物mRNA的结构除此之外mRNA还有很多的衍生结构，一般在生物体中最重要的有两种大体结构。1.4.1.1帽子结构：就是在转录完成后，在加工的过程中，会在磷酸的5-端加上7甲基三磷酸鸟苷，并且会在排列在第二位的核苷酸C2上甲基化（m7GpppNm）。这样的结构是可以增加其RNA的稳定性的，其结构图如图1.4所示： 图1.4 mRNA的帽子结构 1.4.1.2 多聚A尾结构 所谓的多聚尾结构，即是在真核生物细胞中的mRNA的一端经转录后，再加上一段长短不完全相同的聚腺苷酸组成的。1.4.2 能特异性解读信使RNA中的遗传信息、并作为将遗传信息转化为相应的氨基酸后加入多肽链中的tRNA的空间结构 tRNA的结构有很多种，其中分为一级结构和二级结构，可能有的还有三级结构，因为种类繁多，不能够一一的列举出来，只能阐述他们的结构特点。1.4.2.1 tRNA的一级结构特点：这类RNA所含的核苷酸数在70个到90个左右；第二个就是含有的稀有碱基可能会较多；最后一个就是3端均为CCAOH。如图1.5所示： 图1.5：tRNA的一级结构 1.4.2.2 tRNA二级结构特点： 形状类似于三叶草形，如图1.6所示：图1.6：tRNA的二级结构 1.4.2.3 tRNA的三级结构特点： 类似于倒L形状，如图1.7所示：图1.7： tRNA的三级结构1.4.3 rRNA的空间结构 这类RNA能够直接参与核糖体中蛋白质的合成，由于其结构种类也特别多而且复杂，我们只列出其中的一个二级结构，如图1.8所示：图1.8： tRNA的一个二级结构1.5 RNA的提取方法1.5.1 RNA的分布 我们都知道在哺乳动物也就是真核生物的细胞中，RNA大多位于细胞质中，但各个部位细胞中所含的RNA数目确是不同的，首先在同等组织试样下，RNA含量最多的就是肝脏、脾脏和心脏三个部位；RNA含量较低的部位刚是，膀胱、骨和脂肪；大脑、胚胎、肾脏和肺部的细胞所含的RNA的数量位于前两者之间。1.5.2 RNA的提取方法及原理 包括样本前的处理、细胞裂解和RNA的纯化及获得。1.5.2.1样本前的处理样本前处理要注意的是选择不得超过4个小时的新鲜血液，如果选取的样本是组织，刚必须是生长旺盛的组织或是新鲜幼嫩的组织，若所选择的样本是细胞则选择处于生长旺盛时期收集的细胞，要将新鲜的血液进行红细胞的裂解，然后将得到的白细胞内加入一定量的TRNzol，在-70的温度下进行样品处理前的保存。1.5.2.2 细胞的裂解 要用固定的试剂，其中包括异硫氰酸胍/酚，胍盐/-巯基乙醇，胍盐/-巯基乙醇，这些试剂会使得细胞内的液状物流出，从而才能提出RNA。1.5.2.3 RNA的纯化及获得 在担取的过程中，要杜绝外源酶的污染，同时还要阻止内源酶的活性，即要选择合适的匀浆方法、选择合适的裂解液和控制好样品的起始量。最常用的几种方法是 ：TRIzol试剂法（包括培养细胞离心，洗涤和晾干）其流程图如下图1.9所示；将细胞置于含有十二烷基磺酸钠的缓冲液中，然后经振荡离心等的苯酚法；异硫氰酸胍酚法等。图1.9 TRIzol试剂提纯RNA的流程图1.6 哺乳动物中RNA与DNA的异同 相同点：（1）所含的化学素是相同的：分别是C、 H 、O、 N 、P 五种元素。 （2）它们的结构都是由磷酸、五碳糖和碱基三部分组成的。 不同点：（1）在功能上，DNA是遗传信息的载体，有遗传效应，指导着生物蛋白质的合成，而DNA在指导蛋白质合成的过程中离不开RNA的作用，RNA是DNA到蛋白质合成过程中的中间物质，而这种物质又是生物体传递遗传信息所必须的。 （2）构成它有的碱基除了腺嘌呤（A）、胞嘧啶（ C）、鸟嘌呤（G）三种外，只有剩下的一种不同，DNA的第四种碱基是胸腺嘧啶（T），RNA的第四种碱基则为尿嘧啶（U）。 （3）所构成它们的五碳糖不同：组成RNA的核糖就是核糖，而组成DNA的五碳糖是脱氧核糖。 （4）在生物体内的存在的形式不同，RNA主要以单链形式存在于生物体内，其高级结构非常的复杂；DNA在生物体内却是以双链的双螺旋结构存在于细胞内的的，能够独立的进行自我复制并携带遗传信息。2. 本论文研究的内容生物信息的传递 -从DNA到RNA再到蛋白质 现代分子生物学的最基本原理是：基因作为唯一能够自我复制和能够永久存在的单位，它的生物功能是以蛋白质的形式表达出来的【9】。所以我们说，DNA的序列是遗传信息的一个载体，DNA是通过自主的复制才能够得到永存，并要通过转录生成信使RNA（mRNA）然后才翻译生成蛋白质，通过这一系列的过程控制生命现象。 基因的表达包括转录和翻译两个阶段。转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全同（除了胸腺嘧啶和尿嘧啶的转换）的RNA链的一个过程，存储在DNA中的几乎全部信息都要首先被转录成RNA，只有这样遗传信息才能够得到有效的表达【21】；翻译是指以新生成的mRNA为模板，把核苷酸三联遗传密码子翻译成氨基酸序列，并合成多肽的过程，是基因表达的最终目的。2.1 RNA的转录 112.1.1 转录的基本过程 无论是原核细胞还是真核细胞，转录的基本过程都是差不多一样的，包括：模板的识别、转录的起始、通过启动子及转录的延伸和终止。如图2.1所示：图2.1 ： 转录的过程模板的识别阶段主要是指，RNA聚合酶与RNA启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始前，启动子附近的DNA双链发开形成转录泡以促使核糖苷酸与模板DNA的碱基形成配对。转录的起始也就是RNA链上第一个核苷酸键的产生。转录超始后会直接形成9个核苷酸短链，这时候的RNA聚合酶也一直处于启动子区，新生的转录链与原来的DNA模板链之间的结合还不够牢固，它们很容易分离，这个时转录过程就要重新再来了，如果有一种物质能能够很成功的把相应的核苷酸链结合在一起，然后再转移出启动子区，那么这时候转录就可以断续进行下去了，这个物质就是RNA聚合酶。一般情况下，之前所提的9个核苷酸短链是要完全的通过启动子的区域的，这个通过时间的长短直接的反应了转录起始频率的高低。RNA聚合酶离开启动子，沿着DNA的一条链移动并使新生成的RNA链不断伸长生长的过程就是转录的延伸过程【11】。DNA双链的连续解开，是需要伴随RNA聚合酶的移动的，只有RNA聚合酶到达的地方，DNA双链才会被解开，当这一过程完成后，会暴露出一条新的DNA单链模板，并且在解链区会形成RNA与DNA的一个杂合物，在解链区的后面，DNA模板链与其原来配对的一条非模板链会重新结合变成双螺旋的结构。当转录出来的信使RNA链转录到终止位点上的时候，RNA链就就不再继续伸长了，RNA聚合酶也停止其作用，DNA也会恢复为原来的状态，这个时候转录过程也就终止了。真核细胞中模板的识别与原核生的还有一定的不同，在真核生物中，RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区域，这样一来，就需要一些物定的辅助物质才能完成转录这个复杂的过程，这种物定的辅助物质被称为转录调控因子的辅助蛋白质，这种辅助蛋白质按照特定的顺序结合在启动子上面，这样RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的起始复合物，以保证起始转录能够有效地进行。2.1.2 转录机器的主要成分 所谓的转录机器就是在转录过程中所涉及到的工具以及辅助工具，主要包括：RNA聚合酶和转录复合物以及启动子2.1.2.1 RNA聚合酶 RNA聚合酶主要是以双链的DNA为模板（这样是为了保证RNA聚合酶的活性，如果是以单链为模板的话，刚其活性将大大的降低），同时以四种核苷三磷酸作为它的活性前体，并以Mg2+或Mn2+作为辅助因子，催化RNA链的起始、延伸和终止，RNA聚合酶不需要任何的引导物质，它催化生成的产物是与RNA，这个RNA链是与之前的DNA模板链互补的，RNA聚合酶是转录过程中最为关键的酶，RNA聚合酶在原核生物和真核生物中的分子组成、生化特性和种类上都各有不同，而且各有个的特色。2.1.2.2 转录复合物 转录复合物包括转录封闭复合物、转录起始复合物和转录延伸复合物等，启动子选择阶段包括RNA聚合酶全酶对启动子区的识别，聚合酶与启动子可逆性的结合形成了封闭复合物，在这一期间内，DNA链仍是处于双链的状态，但这个时候DNA的内部还是发生了重大的变化，原来的复合物也变为了另一种完全不同的复合物，而RNA聚合酶也在这个时候开始作用。原来的复合物由封闭的变为了开放式的，这种从封闭复合物到开放复合物的过程是不一个不可逆的过程，转录起始复合物的分子量很大。 一般的情况下，转录起始复合物都有两个不同的反应途径，一个是形成转录循环过程中所必需的转录延伸复合物，而且形成的这种延伸复合物的结构必需要稳定，这样才能够确保它不会从DNA模板上掉落下来。另一个反应途径刚是直按合并，然后释放两个到九个不等的小链RNA转录物。对于第一个反应途径，当转录延伸复合物在模板链上遇到转录终止信号时，加入新核苷酸的动作就会被终止，延伸复合物也会因此而被解离。聚合酶的使命也在此完成，并会从DNA模板上脱落下来。2.1.2.3 启动子 所谓的启动了是指能够确保转录精确而有效地起始的DNA序列。2.2 启动与转录的起始RNA聚合酶与启动子的相互作用主要包括：启动子区的识别、酶与启动子区的结合及因子的结合与解离【8】。2.2.1启动子区的识别大量的实验研究表明，碱基对的本身并不能被RNA聚合酶识别出来，而是要RNA聚合酶通过氢键互补的试来加以识别。在启动子区DNA的双螺旋结构中，对于氢键，一部分特定的碱基上的元素作为它的供体，还有一部分物定的碱基上的某些分子作为它的受体，它们在DNA的双螺旋结构中都具有特定的方位，而酶分子中也有处于特定空间构象的受体与供体，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内相互补时，就会形成氢键，从而相互结合【21】。这些现象就是启动子区的识别。2.2.2 酶与启动子区的结合经研究发现，RNA聚合酶与启动子区的相互作用，不是它们两个直接去结合，而是这个酶和DNA的双链相结合，先形成一个闭合的复合物，这些复合物再经过解链等过程，得到二元或多元的开链复合物，其流程示意图如下图2.2所示： TATA转录起始位点 形成封闭聚合物 DNA解链，形成开放复合物 解链的DNA分子 RNA聚合酶的磷酸化， 转录起始，延伸复合物离开启动子区 水解后得到二元开链复合物 图2.2 ：由RNA聚合酶指导的基因转录过程图示 2.3蛋白质的翻译 翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程【19】。尽管蛋白质的合成过程经历了很多非常复杂的过程，但是它们的合成速度是非常惊人的，例如在一个生命体的细胞内，在5S的时间里就能合成由100个左右的氨基酸所形成的多肽，而且在每个细胞中都有成百上千个蛋白质在合成，这些合成活动都在同时以一定的规律协同进行着。 蛋白质的生物合成是一个非常复杂的过程。它包括：翻译的起始、肽链的延伸以及肽链的终止及释放。其实在这个复杂的过程中起重要作用的RNA就是这前所说到的mRNA，首先，核糖体与信使RNA结合并与一种tRNA生成起始复合物；然后核糖体沿mRNA的5端向另一端移动，并开始了从N端向C端的多肽合成，这也是蛋白质合成程的所有过程中最快速的一个阶段；最后，核糖体从mRNA上解离下来，并开始准备新一轮的反应。此外在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。这里面要注意的是：在真核生物细胞核内的mRNA，只有被动送到细胞质内的核糖体上才能完成其翻译蛋白的功能，所以那些没有到达或者依旧停留在细胞核内的mRNA则会继续被运送到细胞质。2.3.1 遗传密码三联子 信使RNA与蛋白质之间是怎样实现联系的呢？我们都知道信使RNA将DNA上携带的遗传信息带到蛋白质上，它们之间是通过转录实现，同样从信使RNA到蛋白质，它们之间是通过密码子来实现的，这些个密码子其实就是核苷酸，每三个这样的核苷酸就对应排列一个相应的氨基酸，每三上决定一上氨基酸，然后连接在一起形成肽链，这样的密码子也叫三联子。一般信使RNA上的起始三联子是AUG，那开始的顺序就从这个三联子开始，然后沿着RNA链一直进行下去，直到到达终止密码的时候就停止氨基酸的连接。 2.3.2 肽链的延伸 生成起始复合物，第一个氨基酸与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按照mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去，其过程类似于氨基酸的脱水缩合过程。 经过一系列的转录和翻译，它们最终产物即是蛋白质，也正是，由于这种活动，才能保证我们生命体的基本代谢、遗传等基本活动。 总结 一切生物的个体，包括原核生物和真核生物的遗传活动，都离不开RNA的参与，无论是作为遗传物质，还是遗传表达的中间物质，RNA在生命活动中，所起到的作用是至关重要的，