RNA聚合酶(RNA polymerase)是以一條DNA鏈或RNA為模板催化由核苷-5′-三磷酸合成RNA的酶。
常見的RNA聚合酶是催化以DNA為模板、三磷酸核糖核苷為底物、通過磷酸二酯鍵而聚合的合成RNA的酶。另外,RNA復(fù)制也需要RNA聚合酶催化。因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)與基因DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)錄為RNA有關(guān),所以也稱轉(zhuǎn)錄酶。
原核生物的RNA聚合酶組成和功能
原核生物大腸桿菌RNA聚合酶的研究得比較透徹的,全酶由五種亞基組成,去掉δ亞基的部分稱為核心酶,核心酶本身就能催化苷酸間磷酸二酸鍵形成。
β亞基似乎是酶和核苷酸底物結(jié)合的部位。細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄是在DNA特定的起始點(diǎn)上開始的,δ亞基的功能是辨認(rèn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的。β’亞基是酶與DNA模板結(jié)合的主要成分。α亞基可能與轉(zhuǎn)錄基因的類型和種類有關(guān)。
真核生物的RNA聚合酶組成和功能
真核生物中已發(fā)現(xiàn)有四種RNA聚合酶,分別稱為RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和線粒體RNA聚合酶,分子量大致都在50萬道爾頓左右,它們專一性地轉(zhuǎn)錄不同的基因,因此由它們催化的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也各不相同。
RNA聚合酶Ⅰ:負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄編碼rRNA的基因。
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?yàn)樗谵D(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:負(fù)責(zé)合成tRNA和許多小的核內(nèi)RNA。
原核生物靠RNA聚合酶就可完成從起始、延長、終止的轉(zhuǎn)錄全過程,真核生物轉(zhuǎn)錄除RNA聚合酶外還需另一此叫做轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)分子參與轉(zhuǎn)錄的全過程。
DNA轉(zhuǎn)錄的過程簡介
一、轉(zhuǎn)錄起始
轉(zhuǎn)錄的起始就是生成由RNA聚合酶,模板和轉(zhuǎn)錄5'端首wei核苷酸組成的起始復(fù)合物。
原核細(xì)胞內(nèi)只有一種RNA聚合酶,負(fù)責(zé)核查3種RNA,RNA聚合酶中的一種因子具有辨認(rèn)啟動子“識別位"并與之結(jié)合形成疏松的復(fù)合物,然后RNA聚合酶沿模板DNA3'—5'方向移動至Pribnow框(原核生物中,在啟動子上游有一個由于5-6個核苷酸組成的共有序列,以發(fā)現(xiàn)者科學(xué)家的名字命名),這一區(qū)域容易解旋。
真核細(xì)胞的RNA聚合酶無法識別啟動子,要靠轉(zhuǎn)錄因子識別啟動子。轉(zhuǎn)錄因子主要有6種,各有不同的作用,是轉(zhuǎn)錄因子與模板DNA上的TATA框(是真核生物一啟動子元件之一)一序列結(jié)合,形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物,是一種多亞基蛋白復(fù)合體,具有依賴于ATP供能的DNA解旋酶活性,在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中發(fā)揮作用。
真核生物起始,生成起始前復(fù)合物(PIC)。例如,RNA-pol-Ⅱ轉(zhuǎn)錄,是由各種TFⅡ相互辨認(rèn)結(jié)合,再與RNA聚合酶結(jié)合,并通過TF結(jié)合到TATA盒上。
二、轉(zhuǎn)錄延長
轉(zhuǎn)錄的延長是以首wei核苷酸的3'-OH為基礎(chǔ)逐個加入NTP即形成磷酸二酯鍵,使RNA逐步從5'向3'端生長的過程。
在原核生物,因?yàn)闆]有細(xì)胞膜的分隔,轉(zhuǎn)錄未完成即已開始翻譯,而且在同一DNA模板上同時進(jìn)行多個轉(zhuǎn)錄過程。電鏡下看到的羽毛狀圖形和羽毛上的小黑點(diǎn)(聚多核糖體),是轉(zhuǎn)錄和翻譯高效率的直觀表現(xiàn)。
三、轉(zhuǎn)錄終止
轉(zhuǎn)錄的終止在原核生物分為依賴Rho因子與非依賴Rho因子兩類。
Rho因子有ATP酶和解螺旋酶兩種活性,因此能結(jié)合轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的3'末端區(qū)并使轉(zhuǎn)錄停頓及產(chǎn)物RNA脫離DNA模板。
非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止,其RNA產(chǎn)物3'-端往往形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),其后又有一串寡聚U。莖環(huán)結(jié)構(gòu)可使因子聚合酶變構(gòu)而不再前移,寡聚U則有利于RNA不再依附DNA模板鏈而脫出。
因此,無論哪一種轉(zhuǎn)錄終止都有RNA聚合酶停頓和RNA產(chǎn)物脫出這兩個必要過程。
真核生物轉(zhuǎn)錄終止是和加尾(mRNA的聚腺苷酸poly A)修飾同步進(jìn)行的。RNA上的加尾修飾點(diǎn)結(jié)構(gòu)特征是有AAAUAA序列。
總之,在遺傳信息轉(zhuǎn)錄過程中,原核細(xì)胞中RNA聚合酶起解旋作用,真核細(xì)胞中是某些轉(zhuǎn)錄因子起解旋作用,因此,在遺傳信息的轉(zhuǎn)錄過程中,沒有解旋酶參與,只有在DNA復(fù)制的過程中,需要解旋酶。