对于任何一个特定的基因来说,DNA 双链分子中只有一条链储存有遗传信息,称为编码链(coding strand)或有义链(sense strand),而另一条链为其互补顺序,称为反编码链(anticoding strand)或反义链(antisense strand)。以DNA 的反编码链为模板,在启动子的控制下,从转录起始点开始,以碱基互补的方式,合成RNA 的过程称为转录(transcription)。转录时DNA 模板的方向为3′→5′,转录产物为5′→3′。转录产物的碱基顺序与基因的遗传信息相一致,只是把T 换成了U。
DNA 转录RNA 需要RNA 聚合酶的催化。转录产物主要有三种:信使RNA(messenger RNA,mRNA),核糖体RNA(ribosomal RNA,r RNA)和转移RNA(transfer RNA,t RNA)。真核细胞r RNA 在核仁内转录,需要RNA 聚合酶Ⅰ的催化;t RNA 在核质中转录,需要RNA聚合酶Ⅲ的催化;mRNA 的转录也在核质中进行,需要RNA 聚合酶Ⅱ的催化。mRNA 的原初产物要比成熟mRNA 大4~5倍,称为核内异质RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)。hnRNA 需要经过转录后加工才可能成为多肽链合成的模板。加工一般包括有剪接、戴帽、加尾等一系列过程。
(1)剪接(splicing):是指在剪接酶的作用下,将RNA中的内含子部分切掉,然后把各个外显子按照一定顺序准确地拼接起来,使得编码同一蛋白质的各个外显子拼接成为一条mRNA 分子。剪接点是由基因中内含子与外显子交接处的剪接信号(5′GT‐AG3′)决定的。剪接发生在外显子和内含子交接处的GU 和AG。不同的细胞类型和不同的发育阶段可调节剪切方式,以合成不同的蛋白质。如果基因突变破坏了正常的剪切位点,或者产生了新的剪切位点,都可能由于剪切错误而导致遗传性疾病。
(2)戴帽(capping):是指在RNA 转录本5′端连接上一个甲基化核苷酸,即7‐甲基鸟嘌呤核苷酸,由于RNA 分子上的第一个核苷酸的5′C 和7‐甲基鸟苷酸的5′C 形成磷酸二酯键,封闭了RNA 的5′端,称为戴帽。这个“帽子”有如下功能:①保护RNA 转录本,避免外切核酸酶5′→3′水解,从而增强mRNA 的稳定性;②有利于RNA 从细胞核运到细胞质;③便于RNA 剪切;④有助于细胞质中的核糖体识别mRNA。
(3)加尾(tailing):是指mRNA 3′端的加工修饰,即在腺苷酸聚合酶的作用下,3′端加接上100~200个腺苷酸,形成多聚腺苷酸(Poly A)尾巴。这个“尾巴”的生物学作用是:①促使mRNA 由细胞核运到细胞质;②保持mRNA 3′末端的稳定,免受酶的破坏;③有利于核糖体识别mRNA。