RNA聚合酶
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DNA-Directed RNA Polymerase | |||||||
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RNA Polymerase hetero27mer, Human | |||||||
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識別碼 | |||||||
EC編號 | 2.7.7.6 | ||||||
CAS號 | 9014-24-8 | ||||||
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PDB | RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum | ||||||
基因本體 | AmiGO / EGO | ||||||
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RNA聚合酶(RNA polymerase, 或 DNA-dependent RNA polymerase,EC2.7.7.6)或核糖核酸聚合酶,精確稱呼DNA依賴性RNA聚合酶,縮寫RNAP或 RNApol,是一種負責從DNA模板製造RNA的酶。
不使用解旋酶,RNA聚合酶自己包含解旋酶的功能,RNA聚合酶局部打開雙鏈 DNA,這樣暴露的核苷酸的一條鏈可以用作 RNA 合成的模板,這一過程稱為轉錄。 轉錄因子及其相關的轉錄介質複合體必須連接到稱為啟動子區的DNA結合位點,然後 RNAP 才能在該位置啟動 DNA 解旋。 RNAP 不僅啟動 RNA 轉錄,還引導核苷酸定位,促進附著和延伸,具有內在的校對和替換能力,以及終止識別能力。 在真核生物中,RNAP 可以構建長達 240 萬個核苷酸的鏈。
在科學上,RNA聚合酶是一個在RNA轉錄本3'端聚合核糖核苷酸的核苷轉移酶。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。
控制轉錄
[編輯]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1f/1QKL_Essential_Subunit_Of_Human_Rna_Polymerases_I_IiAnd_Iii_01.png/220px-1QKL_Essential_Subunit_Of_Human_Rna_Polymerases_I_IiAnd_Iii_01.png)
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(稱為終止子)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。其他會摺疊成核酶或轉運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,所以無須另外的酶來捲開DNA。
細菌的RNA聚合酶
[編輯]在細菌中,相同的酶催化三種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奈米)的溝道及直徑為25Å(2.5奈米)。這個溝道正好適合20Å(2奈米)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
[編輯]真核生物有著幾種RNA聚合酶:
- RNA聚合酶I合成核糖體RNA(rRNA)前體45S,當成熟後會成為28S、18S及5.8S核糖體RNA,是將來核糖體的主要RNA部份。
- 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)。因為它在轉錄過程中需要多種轉錄因子才能與啟動子結合,所以這是現時最多研究的種類。
- RNA聚合酶Ⅲ合成轉運RNA(tRNAs)、rRNA 5S及其他可以在細胞核及原生質找到的細小的RNA。
- 其他在粒線體及葉綠體的RNA聚合酶種類。
古菌的RNA聚合酶
[編輯]古菌的RNA聚合酶只有一種(據推測可能多於一種),負責所有RNA的合成。古菌RNA聚合酶在結構和催化機理上與都與細菌、真核生物的聚合酶類似,尤其類似於真核生物的RNA聚合酶Ⅱ[1][2]。
古菌RNA聚合酶的研究開展較晚,第一項成果發表於1971年,當時從極端嗜鹽菌Halobacterium cutirubrum獲得的RNAP是被分離且純化的。 [3]從硫磺礦硫化葉菌與芝田硫化葉菌取得的RNAP的晶體結構使得已確認古亞基總數達到13個。[1][4]
病毒的RNA聚合酶
[編輯]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,與在粒線體及葉綠體所找到的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。反鏈核糖核酸病毒及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
[編輯]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。
發現歷史
[編輯]RNA聚合酶是於1960年分別由Charles Loe, Audrey Stevens及霍維茲(Jerard Hurwitz)獨立發現[5]。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[6],但其實是核糖核酸酶。
純化
[編輯]RNA聚合酶可以用以下方式純化:
參見
[編輯]外部連結
[編輯]- DNAi(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- 醫學主題詞表(MeSH):RNA+Polymerase
- EC 2.7.7.6
- RNA Polymerase - Synthesis RNA from DNA Template
- 3D macromolecular structures of RNA Polymerase from the EM Data Bank(EMDB)(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
參考文獻
[編輯]- ^ 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
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- ^ Nobel Prize 1959. [2021-11-28]. (原始內容存檔於2007-02-02).
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