RNA聚合酶

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RNA聚合酶RNA polymeraseRNAPRNApolDNA-dependent RNA polymeraseEC2.7.7.6)或稱核糖核酸聚合酶,是一種負責從DNARNA模板製造RNA的。RNA聚合酶是通過稱為轉錄的過程來建立RNA鏈,以完成這個工程。在科學上,RNA聚合酶是一個在RNA轉錄本3'端聚合核糖核甘酸核苷轉移酶。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聚合酶是於1960年分別由山姆·懷斯霍維茲同時發現。但在此之前,於1959年,諾貝爾獎頒發給了塞韋羅·奧喬亞,因為他的發現當時認為是RNA聚合酶,但其實是核糖核酸酶

控制轉錄[编辑]

人類RNA聚合酶I、Ⅱ及Ⅲ的必要亞基

控制轉錄過程會影響基因表現的模式,並從而容許細胞適應不同的環境、執行生物內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複雜,而且是有高度規律的。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,稱為啟動子發動轉錄。它繼而產生RNA鏈以補足DNA的模板股。並會加入核苷酸至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(等同於肌萎縮蛋白基因的總長度)。RNA聚合酶會優先在基因末端已編碼的DNA序列(稱為終結子)釋放它的RNA轉錄本。

核糖體會把一些RNA分子會作為蛋白質生物合成的模板。其他會摺疊成核酶轉運RNA(tRNA)分子。第三種可能性是RNA分子會單純地用作控制調節將來的基因表現。(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,所以無須另外的來捲開DNA。

細菌的RNA聚合酶[编辑]

細菌中,相同的催化三種RNA的合成:信使RNA(mRNA)、核糖體RNA(rRNA)及轉運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節因子。每個亞基有兩個區,αC末端區及αN末端區,分別與啟動子結合及與聚合酶的其他部份結合。
  • β:有著聚合酶的活動,負責催化RNA的合成。
  • β':與DNA結合。
  • 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域結合,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的關係,視乎σ因子本身而增加對某些啟動子區域的獨特性。所以完整的全酶有著6個亞基:α2、β、β'、σ及ω(~480 kDa)。RNA聚合酶的結構就有一個長約55Å(即5.5納米)的溝道及直徑為25Å(2.5納米)。這個溝道正好適合20Å(2納米)的DNA雙股。55Å的長度可以接受16核苷酸

當不使用時,RNA聚合酶會與弱結合部位結合,等待活性啟動子的位點開啟並快速轉換。RNA聚合全酶所以在不使用時不是在細胞內自由浮動的。

真核生物的RNA聚合酶[编辑]

真核生物有著幾種RNA聚合酶:

古細菌的RNA聚合酶[编辑]

古細菌只有單一形態的RNA聚合酶與真核生物的三種主要聚合酶緊密相關。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[编辑]

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,與在粒線體葉綠體所找到的RNA聚合酶相關,並且與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,並不是直接與上述的多亞基聚合酶有所關聯。

病毒聚合酶是繁雜的,且包括一些形態可以使用RNA(而非DNA)作為模板。反鏈核糖核酸病毒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

轉錄輔助因子[编辑]

有部份蛋白質可以與RNA聚合酶結合,並修飾其活動。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,並且可以校對RNA聚合酶偶然的錯誤。另一種輔助因子Mfd涉及在轉錄合併修復中,而其他輔助因子則都是負責調節作用,即幫助RNA聚合酶選擇是否表現某些基因

纯化[编辑]

RNA聚合酶可以用以下方式纯化:

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