DNA的转录

DNA转录是DNA中包含的遗传信息被RNA聚合酶重新写入信使RNA (mRNA)的过程。然后，该 mRNA 离开细胞核，作为DNA翻译的基础。通过控制细胞核内 mRNA 的产生，细胞调节基因表达的速率。

在本文中，我们将了解 DNA 转录的过程，包括 mRNA 的转录后修饰及其重要性。

RNA 与 DNA

RNA 与 DNA 一样，是由磷酸二酯键连接的三个亚基的聚合物。然而，如下表详述，每种化合物的单体单元存在关键差异。

通过 Difference_DNA_RNA-DE[CC BY-SA 3.0]，来自维基共享资源

图 1 – DNA 和 RNA 的比较

转录阶段

DNA转录过程可分为3个主要阶段：起始、延伸和终止。这些步骤也涉及DNA复制。

引发

转录是由RNA 聚合酶催化的，RNA 聚合酶附着在 DNA 分子上并沿着 DNA 分子移动，直到识别出启动子序列。DNA的这个区域指示转录的起点，并且DNA分子内可能有多个启动子序列。转录因子是控制转录速率的蛋白质；它们也通过 RNA 聚合酶与启动子序列结合。

一旦与启动子序列结合，RNA 聚合酶就会解开DNA 双螺旋的一部分，暴露两条 DNA 链上的碱基。

伸长

一条 DNA 链（模板链）以3' 到 5' （三素数到五素数）方向读取，从而为新的 mRNA 分子提供模板。另一条 DNA 链称为编码链。这是因为其碱基序列与合成的 mRNA 相同，只是硫胺素碱基被尿嘧啶取代。

RNA 聚合酶使用传入的核糖核苷酸形成新的 mRNA 链。它通过使用互补碱基配对（A 到 U、T 到 A、C 到 G 以及 G 到 C）催化相邻核糖核苷酸之间形成磷酸二酯键来实现这一点。碱基只能添加到 3' 端，因此链沿5' 至 3'方向伸长。

终止

延伸持续到 RNA 聚合酶遇到终止序列。此时，转录停止，RNA 聚合酶释放 DNA 模板。

修改自英语维基教科书 [公共领域] 的 Calibuon，来自 Wikimedia Commons

图 2 – 转录的 3 个阶段

翻译前 mRNA 加工

到目前为止已转录的 mRNA 称为前 mRNA。必须进行加工才能将其转化为成熟的 mRNA。这包括：

5′ 封盖

加帽是指在 mRNA 的 5' 端添加甲基化鸟嘌呤帽。它的存在对于核糖体识别分子以及保护未成熟分子免遭 RNA 酶降解至关重要。

聚腺苷酸化

聚腺苷酸化是指在 mRNA 的 3' 端添加聚腺苷酸尾。Poly(A) 尾由多个单磷酸腺苷分子组成。这有助于稳定 RNA，这是必要的，因为 RNA 比 DNA 不稳定得多。

拼接

剪接允许单个前 mRNA 的遗传序列编码许多不同的蛋白质，从而保存遗传物质。这个过程是序列依赖性的并且发生在转录本内。它涉及：

• 通过剪接体切除去除内含子（非编码序列）
• 通过连接将外显子（编码序列）连接在一起

作者：Thomas Shafee [CC BY 4.0]，来自 Wikimedia Commons

图 3 – mRNA 前体的转录后修饰

转录结束时，已形成成熟的 mRNA 。它充当消息传递系统，允许翻译和蛋白质合成发生。

成熟的 mRNA 内有开放阅读框(ORF)。该区域将被翻译成蛋白质。它被翻译成三个核苷酸的块，称为密码子。在 5' 和 3' 末端，还有非翻译区(UTR)。这些在蛋白质合成过程中不被翻译。

临床相关性 -苯丙酮尿症 (PKU)

PKU 的发生是由于苯丙氨酸羟化酶中的单碱基对取代（G 至 A）所致。这会导致内含子跳跃，产生不稳定的 mRNA。PKU 是通过新生儿血斑（足跟采血）测试检测婴儿的几种遗传疾病之一。

苯丙酮尿症患者的组织、血浆和尿液中会积累苯丙氨酸。他们的尿液中也发现了苯酮。这会导致智力障碍、发育迟缓、小头畸形、癫痫发作和色素沉着不足。

治疗方法包括食用苯丙氨酸含量低的饮食，并避免食用高蛋白食物，如肉、牛奶和鸡蛋。

美国空军照片/参谋军士 Eric T. Sheler [公共领域]，来自 Wikimedia Commons

图 4 – PKU 足跟采血测试