RNA聚合酶

聚合的合成RNA的酶

RNA聚合酶（RNA polymerase）是以一条DNA链或RNA为模板，三磷酸核糖核苷为底物、通过磷酸二酯键而聚合的合成RNA的酶，因为在细胞内与基因DNA的遗传信息转录为RNA有关，所以也称转录酶。

参与过程

该酶需要四种核糖核苷酸三磷酸（NTP：ATP、GTP、CTP、UTP）作为RNA聚合酶的底物，DNA为模板，二价金属离子Mg2+、Mn2+是该酶的必需辅因子。其催化的反应表示为：（NMP）n+NTP→（NMP）n+1+PPi。RNA链的合成方向也是5’→3'，第一个核苷酸带有3个磷酸基。其后每加入一个核苷酸脱去一个焦磷酸，形成磷酸二酯键，焦磷酸迅速水解的能量驱动聚合反应。与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶无须引物，它能直接在模板上合成RNA链；RNA聚合酶能够局部解开DNA的两条链，所以转录时无须将DNA双链完全解开，RNA聚合酶无校对功能。

特点

RNA聚合酶催化RNA的合成，其与DNA聚合酶有许多相同的催化特点：

①以DNA为模板；

②催化核苷酸通过聚合反应合成核酸；

③聚合反应是核苷酸形成3’，5’一磷酸二酯键的反应；

④以3’→5’方向阅读模板，5’→3’方向合成核酸；

⑤按照碱基配对原则忠实转录模板序列。

分类

通常可根据生物的类别，将RNA聚合酶分为原核生物RNA聚合酶、真核生物RNA聚合酶。

原核生物和真核生物的RNA聚合酶有共同特点，但在结构、组成和性质等方面又不尽相同。

（1）原核生物RNA聚合酶研究得最清楚的是大肠杆菌RNA聚合酶。该酶是由五种亚基组成的六聚体（α2ββ'ωσ）分子量约500 000。其中α2ββ'ω称为核心酶（coreenzyme），σ因子与核心酶结合后称为全酶（holoenzyme）。

σ因子的主要作用是识别DNA模板上的启动子，其单独存在时不能与DNA模板结合，与核心酶结合成全酶后，才可使全酶与模板DNA上的启动子结合。当它与启动基因的特定碱基序列结合后，DNA双链解开一部分，使转录开始，故σ因子又称起始因子。已经鉴定出大肠杆菌有7种σ因子，不同的σ因子可以竞争结合核心酶，以决定哪个基因被转录。其中σ70（数字表示其分子量大小）协助识别管家基因的启动子。环境变化可以诱导产生特定σ因子，启动特定基因的转录。

核心酶只有一种，参与整个转录过程，催化所有RNA的转录合成。

其他原核生物的RNA聚合酶在结构和功能上均与大肠杆菌相似。抗生素利福平或利福霉素可以特异抑制原核生物的RNA聚合酶，成为抗结核菌治疗的药物。它专一性地结合RNA聚合酶的β亚基。若在转录开始后才加入利福平，仍能发挥其抑制转录的作用，这说明β亚基足在转录全过程都起作用的。

（2）真核生物RNA聚合酶真核生物具有3种不同的细胞核RNA聚合酶，分别是RNA聚合酶I（RNA pol I）、RNA聚合酶Ⅱ（RNA pol II）和RNA聚合酶Ⅲ（RNA pol llI）．这三种RNA聚合酶不仅在功能和理化性质上不同，而且对α一鹅膏蕈碱（一种毒蘑菇含有的环八肽毒素）的敏感性也不同。

真核生物的3种细胞核RNA聚合酶的结构比原核生物复杂，3种RNA聚合酶都有2个不同的大亚基、2个类α亚基和1个类ω亚基，分别与大肠杆菌核心酶的β和β’、2个α亚基和ω亚基同源。除上述5个亚基外，三种RNA聚合酶还各含7～11个小亚基。合成RNA时，原核细胞依赖RNA聚合酶的各个亚单位就能完成转录过程，而真核细胞还需要一些蛋白质因子参与，并对转录产物进行加工修饰。

真核生物线粒体有自己的RNA聚合酶，催化合成线粒体mRNA、tRNA、rRNA。线粒体RNA聚合酶在功能和性质上与原核细胞RNA聚合酶类似，其活性也可被利福平或利福霉素抑制。

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