原核生物转录的起始

（一）启动子

RNA pol结合到DNA的启动子上启动转录。原核生物的基因组是以操纵子（operon）的形式各自进行转录的。操纵子是一个相对独立的转录区段，含有若干个基因的编码区及其调控序列，这些基因的编码产物往往是相关途径中的酶或蛋白质因子，调控序列则决定转录活性。

操纵子的调控序列中有一段特定的序列可被RNA pol识别并结合，称为启动子（promoter）。顾名思义，原核生物以RNA pol结合到DNA的启动子上而启动转录，首先由σ亚基辨认启动子，引导全酶与DNA结合并在此启动转录。

启动子结构的研究方法采用RNA pol保护法，此方法利用RNA pol能特异性识别并结合于特定的DNA序列，将分离所得某个基因与提纯的RNA pol混合，保温一段时间后再加核酸外切酶，将未与RNA pol结合的DNA链水解，生成游离核苷酸，再分离纯化保留下来的DNA片段，发现有一段40～60bp的片段是完整的，表明这段DNA因与RNA pol结合而未被核酸外切酶作用，再分析此DNA片段的序列，发现它位于转录起始点的上游，因此推测这个DNA区段就是被RNA Pol辨认和结合的区域（图10－5）。

图10－5 启动子的结构

以开始转录的5′－端第1位核苷酸位置为＋1，用负数表示上游的核苷酸数，发现－35和－10区富含A－T配对，由于A－T配对只有两个氢键维系，A－T配对较多的区段其双链DNA容易解链，满足转录起始解链的要求。研究发现，原核生物基因各操纵子转录上游区段的序列有一致性，或称为共有序列（consensus sequence），－35区的共有序列是TTGACA，－10区的共有序列为TATAAT，此序列由D．Pribnow于1975年发现并命名为Pribnow盒（Pribnow box）。

进一步研究RNA pol与操纵子转录上游不同区段结合的状态，证实了－35区是转录起始的识别序列（recognition sequence），一旦RNA pol识别并与此序列结合后即向下游移动至Pribnow盒，形成相对稳定的酶－DNA复合物而开始转录。

（二）转录起始

如上所述，转录起始是指RNA pol识别并结合到DNA模板上，然后DNA双链局部解开，再加入第1个NTP形成转录起始复合物的过程。

转录起始复合物的形成可分为两个阶段，首先形成闭合转录复合物（closed transcription complex），RNA pol全酶依赖σ因子识别并结合于启动子－35区的TTGACA序列，此时DNA还未解链，此复合体中酶与模板的结合松弛，酶可移向－10区的TATAAT序列并覆盖转录起始点（图10－6）。第2阶段，闭合转录复合体转变成开放转录复合物（open transcription complex），此时－10区域邻近的部分双螺旋解开，导致转录复合物的构象发生改变，RNA pol继续向转录起始点移动，第1个NTP进入复合体后，RNA pol再向前移动，并催化第2个NTP进入与第1个NTP生成首个磷酸二酯键，至此，起始过程完成。

图10－6 大肠埃希菌转录的起始、延长及终止过程

转录起始新生RNA的第1位，即5′－端大多数是GTP，偶尔会是ATP，当5′－GTP（5′－pppG－OH）与第2位NTP聚合生成磷酸二酯键后，仍保留其5′－端3个磷酸，形成特殊的5′－pppGpN－OH－3′，它的3′－端游离羟基可以加入NTP开始转录的延长过程，此新生RNA链的5′－端结构会一直保留至转录完成。

转录全过程，DNA模板解链范围都在20个bp以下，通常是17±1，这比复制时生成的复制叉小得多。

与复制不同的是，转录起始无需引物，2个与模板匹配的相邻核苷酸，在RNA pol催化下直接生成磷酸二酯键，这是DNA pol与RNA pol功能上的显著差异。