RNA聚合酶
RNA聚合酶(RNA polymerase, 或 DNA-dependent RNA polymerase,EC2.7.7.6)或核糖核酸聚合酶,精确称呼DNA依赖性RNA聚合酶,缩写RNAP或 RNApol,是一种负责从DNA模板制造RNA的酶。
DNA-Directed RNA Polymerase | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | |||||||
RNA Polymerase hetero27mer, Human | |||||||
| |||||||
识别码 | |||||||
EC编号 | 2.7.7.6 | ||||||
CAS号 | 9014-24-8 | ||||||
数据库 | |||||||
IntEnz | IntEnz浏览 | ||||||
BRENDA | BRENDA入口 | ||||||
ExPASy | NiceZyme浏览 | ||||||
KEGG | KEGG入口 | ||||||
MetaCyc | 代谢路径 | ||||||
PRIAM | 概述 | ||||||
PDB | RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum | ||||||
基因本体 | AmiGO / EGO | ||||||
|
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/af/RNA_Polymerase.png/220px-RNA_Polymerase.png)
不使用解旋酶,RNA聚合酶自己包含解旋酶的功能,RNA聚合酶局部打开双链 DNA,这样暴露的核苷酸的一条链可以用作 RNA 合成的模板,这一过程称为转录。 转录因子及其相关的转录介质复合体必须连接到称为启动子区的DNA结合位点,然后 RNAP 才能在该位置启动 DNA 解旋。 RNAP 不仅启动 RNA 转录,还引导核苷酸定位,促进附着和延伸,具有内在的校对和替换能力,以及终止识别能力。 在真核生物中,RNAP 可以构建长达 240 万个核苷酸的链。
在科学上,RNA聚合酶是一个在RNA转录本3'端聚合核糖核苷酸的核苷转移酶。RNA聚合酶是一种非常重要的酶,且可在所有生物、细胞及多种病毒中可见。
控制转录
编辑控制转录过程会影响基因表达的模式,并从而容许细胞适应不同的环境、执行生物内独特的角色及维持生存所需的代谢过程。所以,RNA聚合酶是活动不单是复杂,而且是有高度规律的。在大肠杆菌中,已确认超过100个因子可以修饰RNA聚合酶的活动。
RNA聚合酶可以在特定的DNA序列,称为启动子发动转录。它继而产生RNA链以补足DNA的模板股。并会加入核苷酸至RNA股,这个过程称为“延伸”。在真核生物的RNA聚合酶可以建立一条长达240万个核苷的链(等同于肌萎缩蛋白基因的总长度)。RNA聚合酶会优先在基因末端已编码的DNA序列(称为终止子)释放它的RNA转录本。
核糖体会把一些RNA分子会作为蛋白质生物合成的模板。其他会折叠成核酶或转运RNA(tRNA)分子。第三种可能性是RNA分子会单纯地用作控制调节将来的基因表达。(参考小干扰性RNA)
RNA聚合酶完成一个全新的合成。它能够这样造是因为它与起始的核苷酸独特的相互作用,能把它牢牢地抓住,方便对进入的核苷酸进行化学攻击。这种独特的相互作用解释了为何RNA聚合酶较喜欢以三磷酸腺苷(ATP)作为转录的开始,依次其次是三磷酸鸟苷(GTP)、三磷酸尿苷(UTP)及三磷酸胞苷(CTP)。与DNA聚合酶相反,RNA聚合酶包含了解旋酶的活动,所以无须另外的酶来卷开DNA。
细菌的RNA聚合酶
编辑在细菌中,相同的酶催化三种RNA的合成:信使RNA(mRNA)、核糖体RNA(rRNA)及转运RNA(tRNA)。
RNA聚合酶是相对大的分子。核心酶有5个亚基(~400 kDa):
- α2:这两个α亚基组合成酶及辨认调节因子。每个亚基有两个区,αC末端区及αN末端区,分别与启动子结合及与聚合酶的其他部分结合。
- β:有着聚合酶的活动,负责催化RNA的合成。
- β':与DNA结合。
- ω:还未清楚它的功能。但是它在耻垢分枝杆菌中似乎是提供保护功能予β'亚基。
为着与启动子的特定区域结合,核心酶须有其他亚基,称为σ。σ因子大大减低RNA聚合酶与非特定的DNA的关系,视乎σ因子本身而增加对某些启动子区域的独特性。所以完整的全酶有着6个亚基:α2、β、β'、σ及ω(~480 kDa)。RNA聚合酶的结构就有一个长约55Å(即5.5纳米)的沟道及直径为25Å(2.5纳米)。这个沟道正好适合20Å(2纳米)的DNA双股。55Å的长度可以接受16核苷酸。
当不使用时,RNA聚合酶会与弱结合部位结合,等待活性启动子的位点开启并快速转换。RNA聚合全酶所以在不使用时不是在细胞内自由浮动的。
真核生物的RNA聚合酶
编辑真核生物有着几种RNA聚合酶:
古菌的RNA聚合酶
编辑古菌的RNA聚合酶只有一种(据推测可能多于一种),负责所有RNA的合成。古菌RNA聚合酶在结构和催化机理上与都与细菌、真核生物的聚合酶类似,尤其类似于真核生物的RNA聚合酶Ⅱ[1][2]。
古菌RNA聚合酶的研究开展较晚,第一项成果发表于1971年,当时从极端嗜盐菌Halobacterium cutirubrum获得的RNAP是被分离且纯化的。 [3]从硫磺矿硫化叶菌与芝田硫化叶菌取得的RNAP的晶体结构使得已确认古亚基总数达到13个。[1][4]
病毒的RNA聚合酶
编辑很多病毒都有为RNA聚合酶编码。相信最多研究的病毒RNA聚合酶是噬菌体T7。它的RNA聚合酶是单一亚基的,与在线粒体及叶绿体所找到的RNA聚合酶相关,并且与DNA聚合酶同源。因此很多人相信大部分的病毒聚合酶是从DNA聚合酶演化而来,并不是直接与上述的多亚基聚合酶有所关联。
病毒聚合酶是繁杂的,且包括一些形态可以使用RNA(而非DNA)作为模板。反链核糖核酸病毒及双链核糖核酸病毒都是以双股RNA形式生存。但是,有些正链核糖核酸病毒,如小儿麻痹病毒,亦包含这些RNA依赖性RNA聚合酶。
转录辅助因子
编辑有部分蛋白质可以与RNA聚合酶结合,并修饰其活动。例如大肠杆菌的greA及greB可以促进RNA聚合酶劈开接近链末端RNA模板的能力。这可以夺回陷入了的聚合酶分子,并且可以校对RNA聚合酶偶然的错误。另一种辅助因子Mfd涉及在转录合并修复中,而其他辅助因子则都是负责调节作用,即帮助RNA聚合酶选择是否表现某些基因。
发现历史
编辑RNA聚合酶是于1960年分别由Charles Loe, Audrey Stevens及霍维兹(Jerard Hurwitz)独立发现[5]。但在此之前,于1959年,诺贝尔奖颁发给了塞韦罗·奥乔亚,因为他的发现当时认为是RNA聚合酶[6],但其实是核糖核酸酶。
纯化
编辑RNA聚合酶可以用以下方式纯化:
参见
编辑外部链接
编辑参考文献
编辑- ^ 1.0 1.1 Korkhin, Y., U. Unligil, O. Littlefield, P. Nelson, D. Stuart, P. Sigler, S. Bell and N. Abrescia (2009). "Evolution of Complex RNA Polymerases: The Complete Archaeal RNA Polymerase Structure." PLoS biology 7(5): e102.
- ^ Werner, F. (2007). "Structure and function of archaeal RNA polymerases." Molecular microbiology 65(6): 1395-1404.
- ^ Louis, B. G. and P. S. Fitt (1971). "Nucleic acid enzymology of extremely halophilic bacteria. Halobacterium cutirubrum deoxyribonucleic acid-dependent ribonucleic acid polymerase." The Biochemical journal 121(4): 621-627.
- ^ Hirata, A., B. Klein and K. Murakami (2008). "The X-ray crystal structure of RNA polymerase from Archaea." Nature 451(7180): 851-854.
- ^ Hurwitz J. The discovery of RNA polymerase. The Journal of Biological Chemistry. December 2005, 280 (52): 42477–42485. PMID 16230341. doi:10.1074/jbc.X500006200 .
- ^ Nobel Prize 1959. [2021-11-28]. (原始内容存档于2007-02-02).