RNA聚合酶

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(II)

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(II)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

RNA聚合酶的作用
結合與起始期
在原核生物中,RNA聚合酶的結合,包含α次單元辨認出DNA的上游單元(upstream element)(40至-70鹼基對),以及σ因子辨認出-10至-35區塊。有數個σ因子調控基因表現。舉例而言,在正常條件下,σ70會表現,使RNAP與管家基因結合,而σ32誘使RNAP與熱休克基因結合。

與DNA結合之後,RNA聚合酶由閉合複合體切換成開放複合體。此一變化包括DNA兩股分離,形成解螺旋的DNA區段,長度約有13 bp(鹼基對之縮寫)。根據華生-克里克鹼基對交互作用,核苷酸和模板DNA股之間以鹼基配對。因為DNA要解旋及重旋,所以超線圈(supercoiling)在聚合酶的活性中,占有重要地位。在RNAP前方的DNA區段要解旋,有一補償性正超線圈存在。在RNAP後方的DNA區段要重旋,存在著負超線圈。

延長期
轉錄延長期包含進一步加入核糖核苷酸,以及開放式複合體變成轉錄複合體。因為RNAP與啟動子的結合很強,無法開始形成完整長度的轉錄本。此一階段的轉錄,生成較短的RNA片段,大約只有9 bp,此一步驟稱為退化轉錄。一旦RNAP開始形成較長的轉錄本,它會清除啟動子。此時,-10至-35啟動子區塊瓦解,σ因子脫離RNAP。當σ因子抓緊RNAP的適當位置時,剩餘的RNAP複合體向前移動。17-bp轉錄複合體有8-bp的DNA-RNA混成體,也就是說,有8個鹼基對參與RNA轉錄本與DNA模板股的結合。當進行轉錄時,核糖核苷酸由RNA轉錄本的3’端加入,而且RNAP複合體沿著DNA移動。雖然RNAP看起來沒有3’末端核酸酶(exonuclease)的活性,不會像DNA聚合酶那樣有校對的功能,但有證據顯示,RNAP遇到配對錯誤的鹼基對會暫停,並將錯誤更正。

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(I)

RNA聚合酶(RNA Polymerase)(I)
國立新莊高級中學陳偉民退休教師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

RNA聚合酶(縮寫為RNAP或RNApol)為合成RNA所需的酶。在細胞中,以DNA基因做為模板,製造RNA鏈的過程稱為轉錄,RNAP為轉錄必需的酶。RNA聚合酶是生命必需的物質,在所有生物及許多病毒中均存在此種酶。以化學術語來說,RNAP是一種核苷酸轉移酶(nucleotidyl transferase),在RNA轉錄本的3’端進行核糖核苷酸的聚合反應。

歷史
在1960年,懷斯(Sam Weiss)、史帝文斯(Audrey Stevens)和何威茲(Jerard Hurwitz)三人各自發現RNAP。不過,1959年諾貝爾醫學奬頒給了歐秋雅(Severo Ochoa)和亞瑟‧科恩柏格(Arthur Kornberg),表彰他們發現了RNAP,不過事後證實他們發現的是聚核苷酸磷酸解酶(polynucleotide phosphorylase.)。
在2006年,諾貝爾化學奬頒給羅傑‧科恩柏格(Roger Kornberg),以表彰他建立了轉錄過程的各個步驟中,RNA聚合酶的詳細分子影像。

轉錄之操控
操控基因轉錄的過程,會影響基因表現的模式,因此,使細胞能適應變遷中的環境,在生物體內發揮特殊的功能,維持生存所需的基本代謝反應。
RNAP可以受特定的DNA序列影響,啟動轉錄,這段特定的DNA序列就稱為啟動子。接下來,合成RNA鏈,與做為模板的DNA股互補。在RNA股上增加核苷酸,稱為延長。在真核生物中,RNAP可以合成兩百四十萬個核苷的長鏈(肌肉萎縮蛋白(dystrophin)基因的全長)。RNAP會受特定的DNA序列影響,釋出RNA轉錄本,這段特定的DNA序列位於基因末端,稱為終止子(terminator)。

RNAP的產物包括:
傳訊RNA(mRNA)──在核糖體合成蛋白質時,做為模板。