2023年s. b. weiss和j.
hurwitz等各自在大腸桿菌裂解液中發現了dna依賴的rna聚合酶（dna-dependent rna polymerase, rna pol )。在此之前s. ochoa已經提出了rna的轉錄機制，並因此獲得2023年度諾貝爾生理／醫學獎。
生物體以dna為模板合成rna的過程稱為轉錄（transcription），意指將dna的鹼基序列轉抄為rna。dna分子上的遺傳資訊是決定蛋白質氨基酸序列的原始模板， mrna是蛋白質合成的直接模板。通過rna的生物合成，遺傳資訊從染色體的貯存狀態轉送至胞質，從功能上銜接dna和蛋白質這兩種生物大分子。
2023年，f. crick將上述遺傳資訊的傳遞方式歸納為中心法則（central dogma)。2023年h.
temin發現了逆轉錄現象，對中心法則進行了補充。
在生物界，rna合成有兩種方式。一是dna指導的rna合成，也稱轉錄，為生物體內的主要合成方式。轉錄產物除mrna,rrna和trna外，在真核細胞內還有snrna, mirna等非編碼rna。
對rna轉錄過程的調節可以導致蛋白質合成速率的改變，並由此而引發一系列細胞功能變化。因此，理解轉錄機制對於認識許多生物學現象和醫學問題具有重要意義。mrna轉錄過程及其加工和剪下錯誤可引起疾病。
rna的轉錄合成是本章的主要內容。
另一種是rna依賴的rna合成（rna-dependent rna synthesis），也稱rna複製（rna rep-lication)，由rna依賴的rna聚合酶（rna-dependent rna polymerase）催化，常見於病毒，是逆轉錄病毒以外的rna病毒在宿主細胞以病毒的單鏈rna為模板合成rna的方式，限於篇幅本章未予敘述。
轉錄和複製都是酶促的核昔酸聚合過程，有許多相似之處。它們都以dna為模板；都需依賴dna的聚合酶；聚合過程都是核昔酸之間生成磷酸二醋鍵；都從5』向3』方向延長聚核昔酸鏈；都遵從鹼基配對規律。但相似之中又有區別（表16-1）。
第一節原核生物轉錄的模板和酶
rna的生物合成屬於酶促反應，反應體系中需要dna模板,ntp,rna pol,其他蛋白因子及mg2+和mn2+等。合成方向5'→3'，核昔酸間的連線方式為3'，5'一磷酸二酯鍵。
312第十六章 rna的生物合成 313
一、原核生物轉錄的模板
在dna分子雙鏈上，按鹼基配對規律能指導轉錄生成rna的一股鏈作為模板指導轉錄，另一股鏈則不轉錄，這種模板選擇性稱為不對稱轉錄（asymmetric transcription）。用rna對dna的核酸雜交法（見第二十章）或做dna、rna鹼基序列測定比較，都可證明dna分子上的乙個基因只有一股鏈可轉錄生成其編碼產物（圖16-1a)。
作為乙個基因載體的一段dna雙鏈片段，轉錄時作為rna合成模板的一股單鏈稱為模板鏈（template strand），相對應的另一股單鏈被稱為編碼鏈（coding strand）。轉錄產物若是mrna，則可用作翻譯的模板，決定蛋白質的氨基酸序列（圖16-l b）。模板鏈既與編碼鏈互補，又與mrna互補，可見mrna的鹼基序列除用u代替t外，與編碼鏈是一致的。
文獻刊出的各個基因的鹼基序列，為避免煩瑣和便於查對遺傳密碼，一般只寫出編碼鏈。
二、rna聚合酶催化rna合成
（一）rna聚合酶能從頭啟動rna鏈的合成
dna依賴的rna pol催化rna的轉錄合成。該反應以dna為模板，以atp、gtp、utp和ctp為原料，還需要mg2+和zn2+作為輔基。rna合成的化學機制與dna的複製合成相似。
rna pol通過在rna的3'-oh端加入核苷酸，延長rna鏈而合成rna.。3'-oh在反應中是親核基團，攻擊進入的核苷三磷酸的α-磷酸，並釋放出焦磷酸，總的反應可以表示為：（nmp) n+ntp→（nmp）n＋1+ppi。
rna聚合酶和雙鏈dna結合時活性最高，但是只以雙鏈dna中的一股dna鏈為模板。新加入的核苷酸以watson-crick鹼基配對原則和模板的鹼基互補。
前述的dna聚合酶在啟動dna鏈延長時需要rna引物存在，而rna聚合酶能夠直接啟動轉錄起點處的兩個核苷酸間形成磷酸二酯鍵（圖16-2），因而rna鏈的起始合成不需要引物。
（二）rna聚合酶由多個亞基組成
大腸桿菌（e. coli）的rna聚合酶是目前研究得比較透徹的分子。這是乙個分子量達480kda,由4種亞基α2(2個α) 、β、β』和σ組成的五聚體蛋白質。
有證據表明，大腸桿菌rna聚合酶還有第五種亞基（w亞基）存在，其功能不詳，本章不予贅述。其他各主要亞基及功能見表16-2。
314 第三篇遺傳資訊的傳遞
大腸桿菌rna pol的4個主要亞基（α2ββ』）稱為核心酶（core enzyme）。體外或稱試管內轉錄（in vitro transcription）實驗（含有模板、酶和ntp)證明，核心酶能獨立催化模板指導的rna合成，但合成rna時沒有固定的起始位點。加入了σ亞基的酶才能在dna的特定起始點上起始轉錄，可見σ亞基的功能是辨認轉錄起始點。
σ亞基與核心酶共同稱為全酶。細胞內的轉錄起始需要全酶。轉錄延長階段則僅需核心酶。
圖16-3示rna聚合酶全酶在轉錄起始區的結合。
大腸桿菌內有一些不同的rna pol全酶，其差異是σ亞基的不同。目前已發現多種σ亞基，並用其分子量命名區別，最常見的是σ70(分子量70kda)。σ70是辨認典型轉錄起始點的蛋白質，大腸桿菌中的絕大多數啟動子可被含有σ70因子的全酶所識別並啟用
第十六章 rna的生物合成 315
將細菌從通常培養的37℃公升溫至42℃，細菌可迅速增加一套共17種蛋白質的合成。這些蛋白質被稱為熱激蛋白（heat shock proteins, hsp)。當溫度公升至50℃，大部分蛋白質合成已停止，hsp卻能繼續合成。
hsp的編碼基因稱為熱激基因（hsp）。hsp基因的轉錄起點的上游序列與其他基因不同，因而需另一種σ因子，即σ32（分子量32kda)辨認及啟動其轉錄。可見，σ32是應答熱刺激而被誘導產生的，它本身也屬於一種hsp。
框16-1 rna聚合酶的發現
早在2023年，m. grunberg-manago和s. ochoa就已報道分離出了催化合成rna的酶，儘管人們隨後發現他們分離得到的酶是多聚核苷磷酸化酶，但是他們發現的酶在 和j.
h. matthaei合成第乙個遺傳密碼子中發揮了重要作用。s.
ochoa因闡明rna生物合成機制而獲得了2023年諾貝爾生理學／醫學獎。2023年，美國科學家j. hur-witz在大腸桿菌的抽提液中分離得到了真正的rna聚合酶。
與此同時，s. b. weiss在大鼠肝細胞核提取物中也發現了參與rna合成的物質。
他們發現，提純的rna聚合酶在體外能夠以dna為模板，在加入atp、gtp、ctp、utp及mg2+等後合成rna，合成的rna與dna模板鏈完全互補。
其他原核生物的rna pol在結構和功能上均與大腸桿菌相似。抗生素—利福平（rifampi-cin )或利福黴素可以特異抑制原核生物的rna pol，成為抗結核菌**的藥物。它專一性地結合rna聚合酶的β亞基。
若在轉錄開始後才加入利福平，仍能發揮其抑制轉錄的作用，這說明β亞基是在轉錄全過程都起作用的。
三、rna聚合酶結合到dna的啟動子上啟動轉錄
對於整個基因組來講，轉錄是分割槽段進行的。每一轉錄區段可視為乙個轉錄單位，稱為操縱子（operon）（第十八章）。操縱子中包括了若干個基因的編碼區及其調控序列。
調控序列中的啟動子（promoter）是rna pol結合模板dna的部位，也是控制轉錄的關鍵部位。原核生物是以rna pol全酶結合到啟動子上而啟動轉錄的，其中由σ亞基辨認啟動子，其他亞基相互配合。
啟動子結構的闡明回答了轉錄從**起始這一問題，是轉錄機制研究的重要發現。研究中採用了一種巧妙的方法，即rna聚合酶保**。在實驗中，先將提取的dna與提純的rna聚合酶混合溫育一定時間，再加入核酸外切酶進行反應。
結果顯示，大部分dna鏈被核酸酶水解為核苷酸，但一40~6bp的dn**段被保留下來。這段dna沒有被水解，是因為rna聚合酶結合在上面，因而受到保護。受保護的dna位於轉錄起始點的上游，並最終被確認為是被rna聚合酶辨認和緊密結合的區域，是轉錄起始調節區（圖16-4）。
對數百個原核生物基因操縱子轉錄上游區段進行的鹼基序列分析，證明rna聚合酶保護區存在共有序列。以開始轉錄的5』-端第一位核苷酸位置轉錄起點（transcription start site，tss;或initiator）為+1，用負數表示其上游的鹼基序號，發現-35和-10區a-t配對比較集中。-35區的最大一致性序列是ttgaca。
-10區的一致性序列tataat，是2023年由d. pribnow首先發現的，故稱為pribnow盒（pribnow box）。-35與-10區相隔16~18個核苷酸，-10區與轉錄起點相距6或7個核苷酸。
a-t配對相對集中，表明該區段的dna容易解鏈，因為a-t配對只有兩個氫鍵維繫。比較rna pol結合不同區段測得的平衡常數，發現rna pol結合在-10區比結合在-35區更為牢固。從rna pol分子大小與dna鏈長的比較，可確定其結合dna鏈時分子的跨度。
這些結果都能推論出：-35區是rna pol對轉錄起始的識別序列（recognition sequence）。結合識別序列後，酶
316 第三篇遺傳資訊的傳遞
向下游移動，達到pribnow盒，酶形成相對穩定的酶一dna複合物，就可以開始轉錄。
第二節原核生物的轉錄過程
原核生物的轉錄過程可分為轉錄起始、轉錄延長和轉錄終止三個階段。
一、轉錄起始需要rna聚合酶全酶
轉錄全過程均需rna pol催化，起始過程需核心酶，由σ亞基辨認起始點，延長過程的核苷酸聚合僅需核心酶催化。簡言之，轉錄起始就是rna pol 在dna模板的轉錄起始區裝配形成轉錄起始複合體，開啟dna雙鏈，並完成第一和第二個核昔酸間聚合反應的過程。轉錄起始複合物中包含有rna pol 全酶、dna模板和與轉錄起點配對的ntps。
起始階段的第一步是由 rna pol 識別並結合啟動子，形成閉合轉錄複合體（closed transcription complex），其中的dna仍保持完整的雙鏈結構。原核生物需要靠rnapol中的σ亞基辨認轉錄起始區和轉錄起點。首先被辨認的 dna 區段是 -35區的ttgaca序列，在這一區段，酶與模板的結合鬆弛；接著酶移向 -10區的tataat序列並跨過了轉錄起點，形成與模板的穩定結合。
第十六章工程總結
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第十六章知識管理
隨著資訊科技 生物醫藥等高新技術的發展，新技術在傳統行業的廣泛應用。以及新的經營理念新的商業模式的湧現，知識在企業經營活動中的地位日趨重要。近20年，知識管理研究蓬勃發展，逐漸對如何管理企業中的知識形成了較清晰，系統的認識。本章主要介紹了企業知識管理的理論，方法。16.1知識管理概述 知識本身的含義...
第十六章單元小結
單元小結 重點難點 重點 了解分式的概念，會利用分式的基本性質進行約分和通分，會進行簡單的分式加減乘除乘方運算 能夠根據具體問題的數量關係列出簡單的分式方程，體會方程時刻畫現實世界的乙個有效的數學模型 會解簡單的可化為一元一次方程的分式方程。難點 應用分式方程解決實際問題。學習本章應注意的問題 在學...