【正文】 位附近（）。不同基因Pribnow box之間的公共序列是TATAAT，位于轉(zhuǎn)錄起點上游10位（從轉(zhuǎn)錄起點+1位上游相鄰的核苷酸1位算起）；而35區(qū)域的公共序列是TTGACA。DNA模板含有啟動子(promoter)區(qū)域，這個區(qū)域能夠與RNA聚合酶結(jié)合，并且能夠確定轉(zhuǎn)錄的起始位點。色氨酸操縱子有5個基因，負(fù)責(zé)色氨酸合成另一條鏈叫編碼鏈，其序列與RNA鏈完全相同（除了T替代U外）。mRNA堿基序列（紅色）與DNA模板鏈的堿基序列（藍(lán)色）互補(bǔ)。如果RNA鏈與DNA模板鏈序列互補(bǔ)，就會產(chǎn)生RNADNA雜合鏈。雜交試驗揭示RNA聚合酶合成的RNA鏈與DNA模板鏈互補(bǔ)。最早的證據(jù)來自新生RNA鏈的堿基組成與DNA模板鏈的堿基組成互補(bǔ)。我們在29章將介紹這些RNA聚合酶。在大腸桿菌中合成這三類RNA（mRNA, rRNA, 和tRNA)的酶都是同一種RNA聚合酶依據(jù)DNA模板的指導(dǎo)合成的。此外RNA聚合酶沒有核酸酶活性，缺乏校正功能。（3）合成的驅(qū)動力是焦磷酸水解。（2）延伸機(jī)制類似，即生長鏈的339。（1）合成方向也是從539。3. 二價金屬離子，如Mg2+或 Mn2+。2. 活化前體，即四種核苷539。單鏈DNA分子也能充當(dāng)RNA合成的模板。RNA聚合酶需要下列組分：1. 模板。這些亞基之間形成一個“鉗子”結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)錄DNA夾住。RNA聚合酶有很多亞基，包括b亞基（紅色）和b39。RNA聚合酶催化RNA鏈合成的起始和延伸。所有細(xì)胞RNA都由RNA聚合酶合成從DNA模板合成RNA，叫轉(zhuǎn)錄。端粒酶能維持DNA復(fù)制過程中染色體端粒的完整性。miRNA和siRNA是科研人員抑制細(xì)胞內(nèi)特定基因表達(dá)的實驗工具。與序列互補(bǔ)的mRNA結(jié)合后阻止mRNA翻譯。信號識別顆粒是細(xì)胞質(zhì)的一種RNA蛋白質(zhì)復(fù)合物，能協(xié)助胞內(nèi)新生蛋白質(zhì)定位于細(xì)胞特異位置或分泌到細(xì)胞外。4. 核小分子RNA參與RNA外顯子的剪接。在三類RNA分子中，rRNA是細(xì)胞內(nèi)含量最豐富的RNA分子，tRNA分子的細(xì)胞含量次之，mRNA分子的含量最少（只有細(xì)胞RNA總量的5%）。每個核糖體含有一個23S，一個16S，和一個5S RNA。3. rRNA是核糖體的主要組分（30章）。一種氨基酸至少有一種tRNA。2. tRNA是多肽合成的氨基酸載體。在原核生物， kb左右。真核生物一個基因就能產(chǎn)生一種mRNA。1. mRNA是蛋白質(zhì)合成或翻譯的模板。在基因表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用的幾類RNA分子人們曾經(jīng)認(rèn)為RNA分子在基因表達(dá)過程中處于被動狀態(tài)，像mRNA那樣只是傳遞信息。進(jìn)一步翻譯mRNA、合成有功能的蛋白質(zhì)。DNA表達(dá)分兩個步驟。此處我們只介紹基因表達(dá)的一些基本知識。 基因表達(dá)就是DNA信息轉(zhuǎn)化成功能分子當(dāng)DNA序列信息表達(dá)成RNA和蛋白質(zhì)時，基因的功能才能表達(dá)出來。反轉(zhuǎn)錄酶是感染病毒顆粒攜帶的DNA聚合酶，能夠?qū)⒎床《綬NA基因組轉(zhuǎn)變成DNA。感染后期，整合到宿主染色體的病毒基因組表達(dá)形成病毒RNA和病毒蛋白質(zhì)，這些病毒RNA和病毒蛋白質(zhì)包裝形成病毒顆粒。進(jìn)入細(xì)胞后，RNA分子經(jīng)病毒反轉(zhuǎn)錄酶作用轉(zhuǎn)變成DNA分子（）。這類病毒包括引起艾滋病的人免疫缺陷病毒(HIV1)，以及一些動物致瘤的RNA病毒。一種RNA聚合酶在RNA模板指導(dǎo)下合成RNA分子（負(fù)責(zé)病毒RNA的復(fù)制），這種酶稱為RNA指導(dǎo)的RNA聚合酶。病毒顆粒有一個單鏈RNA分子(有6390核苷酸），和包裹該核酸分子的蛋白質(zhì)衣殼。煙草花葉病毒是研究得很充分的一種RNA病毒。但是還有些病毒的基因是RNA。有些病毒的基因是RNA所有細(xì)胞生物的基因都是DNA。 鏈延伸反應(yīng)。這些DNA聚合酶的核酸酶活性能夠切除堿基錯誤的核苷酸。DNA鏈延伸的方向從539。OH親核攻擊脫氧核苷三磷酸最內(nèi)部的磷原子（），形成磷酸二酯鍵，釋放焦磷酸。OH。3. 需要引物啟動DNA合成。新進(jìn)入的核苷酸與模板鏈相應(yīng)位點的堿基完全互補(bǔ)，DNA聚合酶才能催化此反應(yīng)形成磷酸二酯鍵。三磷酸 dATP, dGTP, dCTP, 和TTP)和Mg2+離子。 DNA聚合酶催化的聚合反應(yīng)。在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)參與DNA復(fù)制和修復(fù)的DNA聚合酶有好幾種，分別用羅馬數(shù)字表示（第28章）DNA聚合酶促進(jìn)磷酸二酯鍵形成DNA聚合酶催化一個個脫氧核苷酸加合到DNA鏈上（）。細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行DNA復(fù)制的機(jī)器有20多種蛋白質(zhì)。右邊圖中，標(biāo)準(zhǔn)WatsonCrick堿基對的氫鍵用黑色虛線表示，其它氫鍵用綠色虛線表示。（B）RNA分子的三維結(jié)構(gòu)和三個核苷酸之間的遠(yuǎn)程相互作用。RNA鏈可以折回與自身鏈的另一區(qū)域形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。實際上RNA分子的復(fù)雜性不亞于蛋白質(zhì)。RNA分子復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使之能夠承擔(dān)大量的生物功能。在這種情況下，并不參與WatsonCrick堿基配對的氫鍵供體和氫鍵受體可能會形成非標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對。核酸單鏈區(qū)域的結(jié)構(gòu)比莖環(huán)結(jié)構(gòu)就更復(fù)雜，因為有范圍更廣的各個堿基之間的相互作用。 莖環(huán)結(jié)構(gòu)。但是有些情況下雙螺旋區(qū)含有誤配甚至不配對的堿基對。 單鏈核酸所形成的最簡單、最常見的結(jié)構(gòu)是莖環(huán)結(jié)構(gòu)，是兩段互補(bǔ)序列和一段單鏈區(qū)結(jié)合在一起所形成的結(jié)構(gòu)（）。在有些領(lǐng)域（如核糖體），單鏈核酸折疊形成的特定結(jié)構(gòu)是非常重要的。沒有任何超螺旋扭曲的環(huán)狀DNA分子是松弛DNA分子。超螺旋具有重要的生物學(xué)意義，原因是（1）超螺旋使DNA分子壓縮更緊密；和（2）超螺旋可能阻礙或促進(jìn)雙螺旋的解旋，從而影響DNA與其它分子之間相互作用。封閉的DNA分子就是環(huán)狀DNA。（A）松弛的環(huán)狀DNA。如果完全伸展，大腸桿菌DNA長度相當(dāng)于大腸桿菌直徑的1000倍。細(xì)胞內(nèi)DNA分子壓縮很緊密。但是電鏡和其它研究顯示有些生物的完整DNA分子是環(huán)狀的（)。我們在第5章還要討論這一技術(shù)。雜交的程度是生物基因組親緣性的指標(biāo)。例如，來自兩個不同生物的DNA經(jīng)熔化后進(jìn)行退火或雜交。在實驗室，DNA熔化和退火是可逆的。重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程稱為退火(annealing)。（B）DNA雙鏈轉(zhuǎn)變成DNA單鏈的過程中，在260nm的光吸收增加。 減色效應(yīng)。因此，核酸熔化的檢測很簡單，只是測定紫外吸收值。實際上，細(xì)胞內(nèi)的解旋酶利用ATP水解提供的化學(xué)能破壞DNA雙螺旋。DNA熔點（Tm）指一半的雙螺旋結(jié)構(gòu)遭到破壞的溫度。加熱DNA溶液、或加入酸或堿使堿基離子化，能夠破壞DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)能被可逆性熔化在DNA復(fù)制和其它生物過程中，雙螺旋結(jié)構(gòu)的兩條DNA鏈必須相互分離（至少在局部發(fā)生兩條鏈分離）。 半保留復(fù)制模型。于是，Melson和Stahl認(rèn)為，DNA是半保留復(fù)制的，每條子代DNA雙螺旋有一條來自親本鏈，另一條鏈?zhǔn)切潞铣傻摹＝?jīng)過兩代，產(chǎn)生等量的兩條密度帶。DNA條帶的位置取決于DNA分子的15N和14N含量。由于密度條帶剛好是15NDNA條帶和14NDNA條帶密度和的一半，因此子代DNA一半是親本鏈，另一半是新生鏈。而15NDNA條帶（親本）消失表明DNA復(fù)制不是全保留的。用密度梯度離心技術(shù)分析。（B）兩條帶的紫外吸收峰。 密度梯度離心分離15N DNA和14N DNA。離心導(dǎo)致基因組DNA形成很窄的條帶，可以用紫外吸收觀測。此時沉降和擴(kuò)散這兩個相反作用達(dá)到平衡， ~ 。少量DNA分子溶于密度接近DNA()的CsCl溶液中。然后將細(xì)菌轉(zhuǎn)移到只含有14N作為氮源的培養(yǎng)基中生長，看看15N和14N在DNA中的分布。他們用15N標(biāo)記親本DNA，因此DNA鏈比普通DNA鏈重。這就是半保留復(fù)制。因此雙螺旋DNA鏈分開后形成的兩條鏈都可充當(dāng)模板指導(dǎo)新的雙螺旋DNA的構(gòu)建。雙螺旋中一條鏈核苷酸序列能精確決定另一條互補(bǔ)鏈的核苷酸序列。在雙螺旋內(nèi)部一個堿基對幾乎正好堆積在另一堿基對的頂部。此外DNA分子骨架的五元環(huán)糖基具有剛性結(jié)構(gòu)，有利于堿基堆積。單個范德華力很弱，通常在2 ~ 4 kJ/mol （ ~ 1 kcal/mol）。疏水效應(yīng)使堿基堆積于另一個堿基之上。疏水堿基聚集于雙螺旋內(nèi)部（避開DNA的水環(huán)境），而雙螺旋表面更親水。堿基堆積對雙螺旋穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)表現(xiàn)在兩個方面。 Watson和Crick提出的配對堿基結(jié)構(gòu)。盡管單一氫鍵的鍵能只有4 ~ 21 kJ/mol（或1 ~ 5 kcal/mol），但是DNA分子有大量氫鍵產(chǎn)生了可觀的結(jié)合力。如果嘌呤和嘧啶的大小和形狀不同，這種規(guī)則結(jié)構(gòu)如何適應(yīng)任一序列？為了回答這個問題，James Watson 和Francis Crick發(fā)現(xiàn)鳥嘌呤與胞嘧啶配對和腺嘌呤與胸腺嘧啶配對的形狀幾乎相同（）。因此每個堿基旋轉(zhuǎn)36o。這種間距在x光衍射圖譜（）中可以看出。2. 糖磷酸骨架在雙螺旋外側(cè)，堿基處于雙螺旋內(nèi)