RNA聚合酶
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RNA聚合酶（RNA polymerase、RNAP、RNApol、DNA-dependent RNA polymerase，EC2.7.7.6）或稱核糖核酸聚合酶，是一種負責從DNA或RNA模板制造RNA的酶。RNA聚合酶是通過稱為轉(zhuǎn)錄的過程來建立RNA鏈，以完成這個工程。在科學上，RNA聚合酶是一個在RNA轉(zhuǎn)錄本3'端聚合核糖核甘酸的核苷轉(zhuǎn)移酶。RNA聚合酶是一種非常重要的酶，且可在所有生物、細胞及多種病毒中可見。
RNA聚合酶是于1960年分別由山姆·懷斯及霍維茲同時發(fā)現(xiàn)。但在此之前，于1959年，諾貝爾獎頒發(fā)給了塞韋羅·奧喬亞，因為他的發(fā)現(xiàn)當時認為是RNA聚合酶，但其實是核糖核酸酶。
目錄 |
控制轉(zhuǎn)錄
控制轉(zhuǎn)錄過程會影響基因表現(xiàn)的模式，并從而容許細胞適應不同的環(huán)境、執(zhí)行生物內(nèi)獨特的角色及維持生存所需的代謝過程。所以，RNA聚合酶是活動不單是復雜，而且是有高度規(guī)律的。在大腸桿菌中，已確認超過100個因子可以修飾RNA聚合酶的活動。
RNA聚合酶可以在特定的DNA序列，稱為啟動子發(fā)動轉(zhuǎn)錄。它繼而產(chǎn)生RNA鏈以補足DNA的模板股。并會加入核苷酸至RNA股，這個過程稱為“延伸”。在真核生物的RNA聚合酶可以建立一條長達240萬個核苷的鏈（等同于肌萎縮蛋白基因的總長度）。RNA聚合酶會優(yōu)先在基因末端已編碼的DNA序列（稱為終結(jié)子）釋放它的RNA轉(zhuǎn)錄本。
核糖體會把一些RNA分子會作為蛋白質(zhì)生物合成的模板。其他會折疊成核酶或轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）分子。第三種可能性是RNA分子會單純地用作控制調(diào)節(jié)將來的基因表現(xiàn)。（參考小干擾性RNA）
RNA聚合酶完成一個全新的合成。它能夠這樣造是因為它與起始的核苷酸獨特的相互作用，能把它牢牢地抓住，方便對進入的核苷酸進行化學攻擊。這種獨特的相互作用解釋了為何RNA聚合酶較喜歡以三磷酸腺苷（ATP）作為轉(zhuǎn)錄的開始，依次其次是三磷酸鳥苷（GTP）、三磷酸尿苷（UTP）及三磷酸胞苷（CTP）。與DNA聚合酶相反，RNA聚合酶包含了解旋酶的活動，所以無須另外的酶來卷開DNA。
細菌的RNA聚合酶
在細菌中，相同的酶催化三種RNA的合成：信使RNA（mRNA）、核糖體RNA（rRNA）及轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）。
RNA聚合酶是相對大的分子。核心酶有5個亞基（~400 kDa）：
- α2：這兩個α亞基組合成酶及辨認調(diào)節(jié)因子。每個亞基有兩個區(qū)，αC末端區(qū)及αN末端區(qū)，分別與啟動子結(jié)合及與聚合酶的其他部份結(jié)合。
- β：有著聚合酶的活動，負責催化RNA的合成。
- β'：與DNA結(jié)合。
- ω：還未清楚它的功能。但是它在恥垢分枝桿菌中似乎是提供保護功能予β'亞基。
為著與啟動子的特定區(qū)域結(jié)合，核心酶須有其他亞基，稱為σ。σ因子大大減低RNA聚合酶與非特定的DNA的關(guān)系，視乎σ因子本身而增加對某些啟動子區(qū)域的獨特性。所以完整的全酶有著6個亞基：α2、β、β'、σ及ω（~480 kDa）。RNA聚合酶的結(jié)構(gòu)就有一個長約55?（即5.5納米）的溝道及直徑為25?（2.5納米）。這個溝道正好適合20?（2納米）的DNA雙股。55?的長度可以接受16核苷酸。
當不使用時，RNA聚合酶會與弱結(jié)合部位結(jié)合，等待活性啟動子的位點開啟并快速轉(zhuǎn)換。RNA聚合全酶所以在不使用時不是在細胞內(nèi)自由浮動的。
真核生物的RNA聚合酶
真核生物有著幾種RNA聚合酶：
- RNA聚合酶I合成核糖體RNA（rRNA）前體45S，當成熟后會成為28S、18S及5.8S核糖體RNA，是將來核糖體的主要RNA部份。
- RNA聚合酶Ⅱ合成信使RNA（mRNA）的前體及大部份小核RNA（snRNA）以及微型RNA（microRNA）。因為它在轉(zhuǎn)錄過程中需要多種轉(zhuǎn)錄因子才能與啟動子結(jié)合，所以這是現(xiàn)時最多研究的種類。
- RNA聚合酶Ⅲ合成轉(zhuǎn)運RNA（tRNAs）、rRNA 5S及其他可以在細胞核及原生質(zhì)找到的細小的RNA。
- 其他在粒線體及葉綠體的RNA聚合酶種類。
古細菌的RNA聚合酶
古細菌只有單一形態(tài)的RNA聚合酶與真核生物的三種主要聚合酶緊密相關(guān)。有推測指古細菌聚合酶與專門的真核生物聚合酶相似。
病毒的RNA聚合酶
很多病毒都有為RNA聚合酶編碼。相信最多研究的病毒RNA聚合酶是噬菌體T7。牠的RNA聚合酶是單一亞基的，與在粒線體及葉綠體所找到的RNA聚合酶相關(guān)，并且與DNA聚合酶同源。因此很多人相信大部份的病毒聚合酶是從DNA聚合酶演化而來，并不是直接與上述的多亞基聚合酶有所關(guān)聯(lián)。
病毒聚合酶是繁雜的，且包括一些形態(tài)可以使用RNA（而非DNA）作為模板。反鏈核糖核酸病毒及雙鏈核糖核酸病毒都是以雙股RNA形式生存。但是，有些正鏈核糖核酸病毒，如小兒麻痺病毒，亦包含這些RNA依賴性RNA聚合酶。
轉(zhuǎn)錄輔助因子
有部份蛋白質(zhì)可以與RNA聚合酶結(jié)合，并修飾其活動。例如大腸桿菌的greA及greB可以促進RNA聚合酶劈開接近鏈末端RNA模板的能力。這可以奪回陷入了的聚合酶分子，并且可以校對RNA聚合酶偶然的錯誤。另一種輔助因子Mfd涉及在轉(zhuǎn)錄合并修復中，而其他輔助因子則都是負責調(diào)節(jié)作用，即幫助RNA聚合酶選擇是否表現(xiàn)某些基因。
純化
RNA聚合酶可以用以下方式純化：
內(nèi)部連結(jié)
外部連結(jié)
- DNAi
- MeSH（醫(yī)學主題詞）上面的RNA+Polymerase
- EC 2.7.7.6
- RNA Polymerase - Synthesis RNA from DNA Template
- 3D macromolecular structures of RNA Polymerase from the EM Data Bank(EMDB)
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參考來源
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