蛋白質組學/蛋白質一級結構/遺傳密碼
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轉錄是將 DNA 中編碼的資訊合成信使 RNA (mRNA) 的過程。這是基因表達的第一步，也是細胞調控的重要場所。透過仔細調節，細胞能夠改變 DNA 到 RNA 的表達，進而影響蛋白質組——增加表達水平以增加蛋白質產物，減少表達以限制產物。轉錄透過從 DNA 源的 3’ → 5’ 端讀取（模板鏈），在 5’ → 3’ 方向上將核苷酸新增到不斷增長的mRNA鏈中進行。這些核苷酸在 RNA 中與 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 鏈將具有與 DNA 編碼鏈相同的序列（將 U 替換為 T）以及與 DNA 模板鏈互補的序列。[1]
轉錄可以分為三個過程：[1] 起始、延伸和終止。
在細菌中，起始發生在細胞質中，當RNA 聚合酶結合到 DNA 上的啟動子位點時，如附圖所示，然後相關的解旋酶開始分離 DNA 雙螺旋。與RNA 聚合酶一起，還有一些其他分子，它們共同形成轉錄基因所需的機器。
真核生物中的起始過程發生在細胞核中，由於更精細的調控水平而更加複雜。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 負責 mRNA 的轉錄。對於RNA 聚合酶來說，沒有像細菌中那樣簡單的啟動子序列，而是需要啟動子序列和各種轉錄因子的組合才能結合RNA 聚合酶。[1] 還有一些阻遏物，它們是結合到啟動子附近的 DNA 的蛋白質，並阻止轉錄起始。基因產物本身實際上可能是阻遏物，表現出反饋抑制，隨著產物濃度的增加，進一步的產生減慢。[2]
延伸是RNA 聚合酶在 5' → 3'（從 3' → 5' 讀取模板鏈）方向上將互補鹼基新增到不斷增長的mRNA鏈中的過程，一次一個，直到到達終止點。該過程的能量由核苷三磷酸 (NTP) 的水解提供，核苷三磷酸是 mRNA 的構建模組。對於新增到不斷增長的mRNA鏈中的每個鹼基，一個 NTP 被轉化為相應的 NMP 加無機焦磷酸。[3] 當RNA 聚合酶沿著模板鏈移動時，解旋酶在它前面移動，“解開” DNA 雙螺旋，如右圖所示。
在延伸過程中，RNA 聚合酶交替以全速工作約 100 個鹼基，然後停止。這種開始和停止的模式使科學家能夠確定RNA 聚合酶正在採用校對機制。[4] 還有RNA 聚合酶“回溯”或重新檢查已經配對的鹼基的證據，同樣假定這是一種校對機制的一部分。[5] 在細菌中，有兩種已知的校對機制，焦磷酸解編輯是立即移除不正確的鹼基對，而水解編輯是RNA 聚合酶必須回溯以修復不正確的配對。[6] 關於真核生物的校對方法知之甚少。
終止是轉錄的結束，當mRNA鏈完全形成時。如右圖所示，新形成的mRNA和RNA 聚合酶複合物都從 DNA 模板上解離。原核生物的終止可以遵循兩種形式中的一種，Rho 獨立（內在終止）和 Rho 依賴。 Rho 是一種蛋白質因子，在 Rho 依賴的終止中，它可以結合 RNA 並水解 ATP，破壞模板鏈和新形成的mRNA之間的連線，並釋放mRNA。在 Rho 獨立終止中，模板鏈上存在終止序列，導致RNA 聚合酶停止其活性並從模板上脫落。[6]
在真核生物中，終止更加複雜，並且沒有得到很好的理解。一些真核生物的轉錄遠遠超過終止點，額外的核苷酸隨後從轉錄本中移除，一些轉錄由終止因子介導，一些終止方法仍然沒有得到表徵。[7] 在真核生物中終止之後，mRNA進行轉錄後修飾非常普遍。這些包括新增5' 帽子以確保mRNA的穩定性。新增Poly-A 尾巴也是真核生物和少數原核生物中mRNA的重要新增。這有助於保護mRNA免於降解，並促進從細胞核中輸出。
逆轉錄 本質上是將 RNA 資訊複製到 DNA 形式的過程。用於完成這一過程的酶是 逆轉錄酶，可在逆轉錄病毒（如 HIV）中找到。逆轉錄病毒使用 逆轉錄 將其基於 RNA 的遺傳物質複製到 DNA，然後可以將其整合到被病毒感染的宿主基因組中。 [8] 逆轉錄不僅限於逆轉錄病毒，它也被 DNA 病毒使用，在真核生物中用於傳播逆轉座子，並在原核生物中合成 msDNA（多複製單鏈 DNA）[9]
遺傳密碼是將編碼在 核苷酸 序列中的資訊翻譯成最終形成蛋白質的肽的語言。RNA 鏈被分成一系列稱為密碼子的三核苷酸序列 密碼子，每個密碼子都與一個 氨基酸 相對應。以下是標準遺傳密碼錶（儘管有些生物體具有不同的遺傳密碼對映），顯示所有可能的三核苷酸組合及其相關的 氨基酸
| 第二鹼基 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||
| 第一 鹼基 |
U |
UCU (Ser/S)絲氨酸 |
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)異亮氨酸 |
ACU (Thr/T)蘇氨酸 |
AGU (Ser/S)絲氨酸 |
||
| G |
GUU (Val/V)纈氨酸 |
GCU (Ala/A)丙氨酸 |
GGU (Gly/G)甘氨酸 |
||
從上面的圖形中可以看出，三核苷酸組合的數量遠遠超過氨基酸的數量，因此許多 核苷酸 組合可以編碼同一個氨基酸。遺傳密碼的這種性質稱為簡併性。密碼子簡併性主要發生在密碼子的第三位，這可以用 擺動假說 來解釋。該理論認為，單個 tRNA 由於密碼子第三位 核苷酸 的配對較弱，因此可以與多個不同的密碼子結合。此外，簡併性作為一種簡單的保障措施，可以防止由於遺傳突變而產生的複雜情況，因為複製和/或轉錄中的一些錯誤實際上會編碼與未損壞的 DNA 相同的蛋白質，從而使錯誤的影響無效；這些通常被稱為沉默突變。還有一些特殊的密碼子代表氨基酸，它們專門用於翻譯的開始和結束。 [10]
儘管上面圖形中顯示的資訊是在生物體中使用最廣泛的遺傳密碼，但有幾種物種對其密碼進行了一些自身的修飾。一個特別的修飾是脊椎動物線粒體遺傳密碼，其中有四個例項，密碼子的翻譯方式與該生物體的核遺傳密碼不同。在無脊椎動物線粒體密碼子和幾種細菌和酵母的核密碼子中也觀察到與標準遺傳密碼的偏差。 [11]
儘管標準遺傳密碼眾所周知，但人們仍在努力確定密碼的細微生物體特異性差異。例如，最近發現了兩種新的氨基酸，吡咯賴氨酸 和 硒代半胱氨酸。這兩種殘基由已經與其他氨基酸相關的密碼子編碼，但具有特定的 mRNA 訊號序列，它們可以在翻譯過程中新增到正在生長的肽鏈中。 [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.
由布倫特·斯特朗和菲爾·普拉默於 2008 年 4 月建立