原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。这个酶的全酶由5种亚基（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。

真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，并含有Zn2+。RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。

2．RNA的转录过程

RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。

1 起始位点的识别：RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分上的起始信号的作用。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。

2 起始：在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。

3 延伸：从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。

④  终止 在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子（terminators），它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。

（六）转录后加工

在转录中新合成的RNA往往是较大的前体分子，需要经过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、成熟的RNA分子，这一过程称为转录后加工。主要包括剪接、剪切和化学修饰。

1．mRNA的加工  在原核生物中转录翻译相随进行，多基因的mRNA生成后，绝大部分直接作为模板去翻译各个基因所编码的蛋白质，不再需要加工。但真核生物里转录和翻译的时间和空间都不相同，mRNA的合成是在细胞核内，而蛋白质的翻译是在胞质中进行，而且许多真核生物的基因是不连续的。不连续基因中的插入序列，称为内含子；被内含子隔开的基因序列称为外显子。一个基因的外显子和内含子都转录在一条很大的原初转录本RNA分子中,故称为核内不均一RNA（hnRNA）。它们首先降解为分子较小的RNA，再经其它修饰转化为mRNA。

真核细胞mRNA的加工包括：

1）hnRNA被剪接，除去由内含子转录来的序列，将外显子的转录序列连接起来。

2）在3′末端连接上一段约有20～200个腺苷酸的多聚腺苷酸（poly A）的“尾巴”结构。不同mRNA的长度有很大差异。

3）在5′末端连接上一个“帽子”结构m7GpppmNP。

4）在内部少数腺苷酸的腺嘌呤6位氨基发生甲基化（m6A）.

2．tRNA的加工 原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的。不但相同或不同的tRNA的几个基因可转录在一条RNA中，有的tRNA还与rRNA组成转录单元，因此tRNA前体的加工过程包括剪切、剪接，在3′-末端添加CCAOH、以及核苷酸修饰转化为成熟的tRNA。tRNA中含有许多稀有碱基，所有这些碱基均是在转录后由四种常见碱基经修饰酶催化，发生脱氨、甲基化、羟基化等化学修饰而生成的。

3．rRNA的加工 原核细胞首先生成的是30S前体rRNA，经核糖核酸酶作用，逐步裂解为16S、23S、5S的rRNA，其裂解过程可归纳如下：

30S→17.5S →16S rRNA；30S→25S →23S rRNA；30S→小碎片→5S rRNA 三种。

原核生物16S rRNA和23S rRNA含有较多的甲基化修饰成分，特别是2-甲基核糖。一般5S rRNA中无修饰成分。在真核细胞中rRNA的转录后加工与原核细胞类似，但更为复杂。rRNA在核仁中合成，生成一个更大35～45S前体rRNA。前体分裂而转变为28S、18S和5.8S的rRNA分子。真核生物5S rRNA前体是由独立于上述三种rRNA之外的基因转录的。真核生物rRNA中与含有较多的甲基化成分。

有关RNA剪接、剪切机制的研究不仅发现了RNA分子本身具有催化功能，这种具有剪接功能的RNA催化剂命名为核酶。目前已发现的具有催化功能的RNA有磷酸二酯酶（核糖核酸酶）、磷酸单酯酶、核苷酸转移酶、磷酸转移酶、RNA限制性内切酶、 tRNA 5′端成熟酶、α-1,4-葡聚糖分支酶和肽基转移酶等。目前研究表明核酶催化rRNA、tRNA、mRNA的剪接机理是不相同的。RNA内含子有四种类型，即Ⅰ型自我拼接内含子、Ⅱ型自我拼接内含子、核mRNA内含子和核tRNA内含子。

（七）RNA的复制

大多数生物的遗传信息贮藏的DNA中，遗传信息按中心法则由DNA 转录成RNA， 再由RNA翻译成蛋白质的。对RNA病毒的研究表明，某些RNA病毒是以RNA作模板复制出病毒RNA分子。

Qβ噬菌体RNA的复制可分为两个阶段：（1）当Qβ噬菌体侵染大肠杆菌细胞后，其单链RNA充当mRNA，利用宿主细胞中的核糖体合成噬菌体外壳蛋白质和复制酶β亚基；（2）当复制酶的β亚基和宿主细胞原有的α、γ、δ亚基自动装配成RNA复制酶以后，就进行RNA复制。以侵染的噬菌体RNA作模板，通过RNA复制酶合成互补的RNA链。常把具有mRNA功能的链称为正链，与它互补的链称为负链。在噬菌体特异的复制酶装配好后不久酶就吸附到正链RNA的3′末端，以它为模板合成出负链，至合成结束，然后负链从正链模板上释放出来。同一个酶又吸附到负链RNA的3′末端，合成出病毒正链RNA，正链RNA与外壳蛋白装配成噬菌体颗粒，所以正链和负链的合成方向都是由5′→3′。

（八）基因工程的操作技术

1．目的基因

体外操作DNA的主要步骤之一是提取载体DNA和所需要的外源目的基因。在细胞中DNA并非以游离态分子存在，而是和RNA及蛋白质结合在一起形成复合体。DNA纯化的基本步骤是：（1）从破坏的细胞壁和膜里释放出可溶性的DNA；（2）通过变性或蛋白质分解，使DNA和蛋白质的复合体解离；（3）将DNA从其它大分子中分离出来；（4）DNA浓度和纯度的光学测定。

2．载体

外源DNA片段（目的基因）要进入受体细胞，必须有一个适当的运载工具将带入细胞内，并载着外源DNA一起进行复制与表达，这种运载工具称为载体。

载体必须具备下列条件：

1）在受体细胞中，载体可以独立地进行复制。所以载体本身必须是一个复制单位，称复制子（replicon），具有复制起点。而且插入外源DNA后不会影响载体本身复制的能力。

2）易于鉴定、筛选。也就是说，容易将带有外源DNA的重组体与不带外源DNA的载体区别开来。

3）易于引入受体细胞。

常用的载体主要有以下几类：细菌和酵母的质粒，λ噬菌体和M13以及病毒。

3．连接

外源DNA与载体DNA之间可以通过多种方式相连接，主要有以下几种(1) 粘性末端连接；(2) 平头末端连接；(3) 接头连接等。

4．转化

任何外源DNA重组到载体上，然后转入受体细胞中复制繁殖，这一过程称为DNA的克隆。外源DNA进入受体细胞并使它获得新遗传特性的过程称为转化。转化作用是将外源DNA引入细胞的过程。

5．筛选 由于细胞转化的频率较低，所以从大量的宿主细胞中筛选出带有重组体的细胞并不是很容易的，当前，在实验室中，常用的筛选手段有以下几种：(1) 插入失活；(2) 菌落原位杂交；(3) 免疫学方法．此外，对重组体转化的鉴定还可以采用表现型的鉴定；对重组质粒纯化并重新转化；限制性酶切图谱的绘制；重组质粒上的基因定位等更深入的方法。

75 简述中心法则。

在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。

76 DNA复制的基本规律？

1）复制过程是半保留的。

2）细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA复制则可以在多个不同部位起始。

3）复制可以是单向的或是双向的，以双向复制较为常见，两个方向复制的速度不一定相同。

4）两条DNA链合成的方向均是从5’向3’方向进行的。

5）复制的大部分都是半不连续的，即其中一条领头链是相对连续的，其他随后链则是不连续的。

6）各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA片段以后被切除，并用DNA填补余下的空隙。

77 简述DNA复制的过程？

DNA复制从特定位点开始，可以单向或双向进行，但是以双向复制为主。由于 DNA双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，可以概括为：双链的解开；RNA引物的合成；DNA链的延长；切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段。

1）双链的解开  在DNA的复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，形成复制叉，分别作为模板，各自合成其互补链。在复制叉上结合着各种各样与复制有关的酶和辅助因子。

2）RNA引物的合成  引发体在复制叉上移动，识别合成的起始点，引发RNA引物的合成。移动和引发均需要由ATP提供能量。以DNA为模板按5′→3′的方向，合成一段引物RNA链。引物长度约为几个至10个核苷酸。在引物的5′端含3个磷酸残基，3′端为游离的羟基。

3）DNA链的延长  当RNA引物合成之后，在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，以四种脱氧核糖核苷5′-三磷酸为底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出PPi。DNA链的合成是以两条亲代DNA链为模板，按碱基配对原则进行复制的。亲代DNA的双股链呈反向平行，一条链是5′→3′方向，另一条链是3′→5′方向。在一个复制叉内两条链的复制方向不同，所以新合成的二条子链极性也正好相反。由于迄今为止还没有发现一种DNA聚合酶能按3′→5′方向延伸，因此子链中有一条链沿着亲代DNA单链的3′→5′方向（亦即新合成的DNA沿5′→3′方向）不断延长。