蛋白质组学/蛋白质一级结构/遗传密码
本节
转录是将 DNA 中编码的信息合成信使 RNA (mRNA) 的过程。这是基因表达的第一步，也是细胞调控的重要场所。通过仔细调节，细胞能够改变 DNA 到 RNA 的表达，进而影响蛋白质组——增加表达水平以增加蛋白质产物，减少表达以限制产物。转录通过从 DNA 源的 3’ → 5’ 端读取（模板链），在 5’ → 3’ 方向上将核苷酸添加到不断增长的mRNA链中进行。这些核苷酸在 RNA 中与 DNA 相比略有不同。在 RNA 中，尿嘧啶 (U) 取代了胸腺嘧啶 (T)。所得 RNA 链将具有与 DNA 编码链相同的序列（将 U 替换为 T）以及与 DNA 模板链互补的序列。[1]
转录可以分为三个过程：[1] 起始、延伸和终止。
在细菌中，起始发生在细胞质中，当RNA 聚合酶结合到 DNA 上的启动子位点时，如附图所示，然后相关的解旋酶开始分离 DNA 双螺旋。与RNA 聚合酶一起，还有一些其他分子，它们共同形成转录基因所需的机器。
真核生物中的起始过程发生在细胞核中，由于更精细的调控水平而更加复杂。首先，真核生物中存在一系列不同的RNA 聚合酶酶，其中 RNA 聚合酶 II 负责 mRNA 的转录。对于RNA 聚合酶来说，没有像细菌中那样简单的启动子序列，而是需要启动子序列和各种转录因子的组合才能结合RNA 聚合酶。[1] 还有一些阻遏物，它们是结合到启动子附近的 DNA 的蛋白质，并阻止转录起始。基因产物本身实际上可能是阻遏物，表现出反馈抑制，随着产物浓度的增加，进一步的产生减慢。[2]
延伸是RNA 聚合酶在 5' → 3'（从 3' → 5' 读取模板链）方向上将互补碱基添加到不断增长的mRNA链中的过程，一次一个，直到到达终止点。该过程的能量由核苷三磷酸 (NTP) 的水解提供，核苷三磷酸是 mRNA 的构建模块。对于添加到不断增长的mRNA链中的每个碱基，一个 NTP 被转化为相应的 NMP 加无机焦磷酸。[3] 当RNA 聚合酶沿着模板链移动时，解旋酶在它前面移动，“解开” DNA 双螺旋，如右图所示。
在延伸过程中，RNA 聚合酶交替以全速工作约 100 个碱基，然后停止。这种开始和停止的模式使科学家能够确定RNA 聚合酶正在采用校对机制。[4] 还有RNA 聚合酶“回溯”或重新检查已经配对的碱基的证据，同样假定这是一种校对机制的一部分。[5] 在细菌中，有两种已知的校对机制，焦磷酸解编辑是立即移除不正确的碱基对，而水解编辑是RNA 聚合酶必须回溯以修复不正确的配对。[6] 关于真核生物的校对方法知之甚少。
终止是转录的结束，当mRNA链完全形成时。如右图所示，新形成的mRNA和RNA 聚合酶复合物都从 DNA 模板上解离。原核生物的终止可以遵循两种形式中的一种，Rho 独立（内在终止）和 Rho 依赖。 Rho 是一种蛋白质因子，在 Rho 依赖的终止中，它可以结合 RNA 并水解 ATP，破坏模板链和新形成的mRNA之间的连接，并释放mRNA。在 Rho 独立终止中，模板链上存在终止序列，导致RNA 聚合酶停止其活性并从模板上脱落。[6]
在真核生物中，终止更加复杂，并且没有得到很好的理解。一些真核生物的转录远远超过终止点，额外的核苷酸随后从转录本中移除，一些转录由终止因子介导，一些终止方法仍然没有得到表征。[7] 在真核生物中终止之后，mRNA进行转录后修饰非常普遍。这些包括添加5' 帽子以确保mRNA的稳定性。添加Poly-A 尾巴也是真核生物和少数原核生物中mRNA的重要添加。这有助于保护mRNA免于降解，并促进从细胞核中输出。
逆转录 本质上是将 RNA 信息复制到 DNA 形式的过程。用于完成这一过程的酶是 逆转录酶，可在逆转录病毒（如 HIV）中找到。逆转录病毒使用 逆转录 将其基于 RNA 的遗传物质复制到 DNA，然后可以将其整合到被病毒感染的宿主基因组中。 [8] 逆转录不仅限于逆转录病毒，它也被 DNA 病毒使用，在真核生物中用于传播逆转座子，并在原核生物中合成 msDNA（多拷贝单链 DNA）[9]
遗传密码是将编码在 核苷酸 序列中的信息翻译成最终形成蛋白质的肽的语言。RNA 链被分成一系列称为密码子的三核苷酸序列 密码子，每个密码子都与一个 氨基酸 相对应。以下是标准遗传密码表（尽管有些生物体具有不同的遗传密码映射），显示所有可能的三核苷酸组合及其相关的 氨基酸
| 第二碱基 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||
| 第一 碱基 |
U |
UCU (Ser/S)丝氨酸 |
UAU (Tyr/Y)酪氨酸 |
||
| C |
CUU (Leu/L)亮氨酸 |
CCU (Pro/P)脯氨酸 |
CGU (Arg/R)精氨酸 |
||
| A |
AUU (Ile/I)异亮氨酸 |
ACU (Thr/T)苏氨酸 |
AGU (Ser/S)丝氨酸 |
||
| G |
GUU (Val/V)缬氨酸 |
GCU (Ala/A)丙氨酸 |
GGU (Gly/G)甘氨酸 |
||
从上面的图形中可以看出，三核苷酸组合的数量远远超过氨基酸的数量，因此许多 核苷酸 组合可以编码同一个氨基酸。遗传密码的这种性质称为简并性。密码子简并性主要发生在密码子的第三位，这可以用 摆动假说 来解释。该理论认为，单个 tRNA 由于密码子第三位 核苷酸 的配对较弱，因此可以与多个不同的密码子结合。此外，简并性作为一种简单的保障措施，可以防止由于遗传突变而产生的复杂情况，因为复制和/或转录中的一些错误实际上会编码与未损坏的 DNA 相同的蛋白质，从而使错误的影响无效；这些通常被称为沉默突变。还有一些特殊的密码子代表氨基酸，它们专门用于翻译的开始和结束。 [10]
尽管上面图形中显示的信息是在生物体中使用最广泛的遗传密码，但有几种物种对其密码进行了一些自身的修饰。一个特别的修饰是脊椎动物线粒体遗传密码，其中有四个实例，密码子的翻译方式与该生物体的核遗传密码不同。在无脊椎动物线粒体密码子和几种细菌和酵母的核密码子中也观察到与标准遗传密码的偏差。 [11]
尽管标准遗传密码众所周知，但人们仍在努力确定密码的细微生物体特异性差异。例如，最近发现了两种新的氨基酸，吡咯赖氨酸 和 硒代半胱氨酸。这两种残基由已经与其他氨基酸相关的密码子编码，但具有特定的 mRNA 信号序列，它们可以在翻译过程中添加到正在生长的肽链中。 [12]
- ↑ a b c http://en.wikipedia.org/wiki/Transcription_(genetics)
- ↑ http://www.stat.berkeley.edu/users/terry/Classes/s260.1998/Week12/week12/node6.html
- ↑ http://vcell.ndsu.nodak.edu/~christjo/vcell/animationSite/transcription/elongation.htm
- ↑ http://news-service.stanford.edu/news/2003/december3/rna-123.html
- ↑ http://www.stanford.edu/group/blocklab/NatureBacktracking/
- ↑ a b http://www.experiencefestival.com/a/Transcription_genetics/id/2038618
- ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mcb.section.2847
- ↑ Ooms M, Cupac D, Abbink T, Huthoff H, Berkhout B. "The availability of the primer activation signal (PAS) affects the efficiency of HIV-1 reverse transcription initiation." Nucleic Acids Res (2007) March; 35(5): 1649–1659. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=17308346 Accessed 4/2/2008
- ↑ Italiani V, Marques MV (2005). The Transcription Termination Factor Rho Is Essential and Autoregulated in Caulobacter crescentus". Bacteriology. 187. (12): 4290-4294. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=15937192 Accessed 4/2/2008
- ↑ a b http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_code
- ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi?mode=c
- ↑ S Osawa, T H Jukes, K Watanabe, and A Muto. "Recent evidence for evolution of the genetic code." Microbiol Rev. 1992 March; 56(1): 229–264. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=1579111 Accessed 4/8/2008.
由布伦特·斯特朗和菲尔·普拉默于 2008 年 4 月创建