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RNA聚合酶

一种能从DNA或RNA模版制造RNA的酶
提示：此条目页的主题不是RNA复制酶。

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
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MetaCyc（英语：MetaCyc） 代谢路径
PRIAM（英语：PRIAM_enzyme-specific_profiles） 概述
PDB RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
基因本体 AmiGO / EGO
RNA 聚合酶（紫色）解开 DNA 双螺旋并使用一条链（深橙色）作为模板来创建单链信使 RNA（绿色）

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

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人类RNA聚合酶I、Ⅱ及Ⅲ的必要亚基

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

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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

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真核生物有着几种RNA聚合酶：

古菌的RNA聚合酶

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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（英语：Halophile）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

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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

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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

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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

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RNA聚合酶可以用以下方式纯化：

参见

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外部链接

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参考文献

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  1. ^ 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.
  2. ^ Werner, F. (2007). "Structure and function of archaeal RNA polymerases." Molecular microbiology 65(6): 1395-1404.
  3. ^ 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.
  4. ^ Hirata, A., B. Klein and K. Murakami (2008). "The X-ray crystal structure of RNA polymerase from Archaea." Nature 451(7180): 851-854.
  5. ^ 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  . 
  6. ^ Nobel Prize 1959. [2021-11-28]. （原始内容存档于2007-02-02）. 
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