第二节
RNA聚合酶

无论是原核生物还是真核生物，RNA的转录合成都由RNA聚合酶催化，以DNA为模板、NTP为原料、Mg ²⁺ 为辅助因子。RNA聚合酶催化核苷酸以3'，5'-磷酸二酯键连接合成RNA，合成方向为5'→3'，合成的RNA与模板反向互补。合成反应可表示如下：

RNA聚合酶 （RNA Polymerase，Pol）全称依赖于DNA的RNA聚合酶（DNA-dependent RNA polymerase，DDRP），又称转录酶。RNA聚合酶催化RNA的转录合成，是参与转录的关键要素之一。原核生物和真核生物的RNA聚合酶有其共同特点，但在结构、组成和性质等方面不尽相同。

1. RNA聚合酶特点 原核生物和真核生物的RNA聚合酶有许多共同特点，其中以下特点与DNA聚合酶一致：①以DNA为模板合成其互补链。②催化核苷酸通过聚合反应合成核酸。③聚合反应是依赖DNA的聚合酶催化核苷酸形成3'，5'-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忠实复制/转录模板序列。此外，RNA聚合酶有许多特点不同于DNA聚合酶，特别是不需要引物、选择性转录和不对称转录（表3-2）。

2.大肠杆菌RNA聚合酶 RNA聚合酶全酶 （holoenzyme）是由五种亚基构成的六聚体（α ₂ ββ′ωσ）。其中α ₂ ββ′ω称为 核心酶 ，所含亚基称为核心亚基。大肠杆菌只有一种核心酶（约13000个分子，数量与生长条件相关，几乎都与DNA结合），可以催化合成mRNA、tRNA和rRNA。σ亚基又称 σ因子 ，是大肠杆菌的 转录起始因子 ，其作用是在转录起始阶段与核心酶短暂结合，形成全酶，之后直接与启动子的-10区和-35区结合，因而协助核心酶识别并结合于启动子元件。

● 1955年，S. Ochoa（1959年诺贝尔生理学或医学奖获得者）报道鉴定了RNA聚合酶，后确定其实为多聚核苷酸磷酸化酶。RNA聚合酶是由J. Hurwitz和S. Weiss于1959年鉴定的。

大肠杆菌RNA聚合酶各亚基的功能见表3-3。不同原核生物的RNA聚合酶在分子大小、组成、结构、功能以及对某些药物的敏感性等方面都类似。

3.真核生物RNA聚合酶 所有真核生物细胞核内都有RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ、RNA聚合酶Ⅲ（表3-4），植物还有RNA聚合酶Ⅳ、RNA聚合酶Ⅴ。

RNA聚合酶结构由R. Kornberg（2006年诺贝尔化学奖获得者）于2001年揭示。人的3种细胞核RNA聚合酶分别由14、12、17个亚基构成，比大肠杆菌RNA聚合酶更复杂，但其部分亚基同源。

人的3种细胞核RNA聚合酶都含2个大亚基（如RNA聚合酶Ⅱ的RPB1和RPB2）、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。其中，RNA聚合酶Ⅱ的大亚基RPB1含有 C端结构域 （C-terminal domain，CTD，RPB1-CTD），由52个七肽单位（其中有21个与共有序列YSPTSPS完全相同）串联构成，其中的Ser2、Ser5是主要化学修饰调节（磷酸化）位点。C端结构域长度是RNA聚合酶直径的5～10倍，通过一段 固有无序区域 （intrinsically disordered region，IDR）与主体相连，该C端结构域参与RNA合成、后加工、转运的调控。在启动转录时，它必须保持去磷酸化状态；然而转录一旦启动，它必须被磷酸化，才能使转录进入延伸阶段。

除了上述5个亚基之外，三种RNA聚合酶还各含9、7、12个小亚基，其中有4个小亚基是相同的（POLR2E、H、K、L），其余小亚基则具有特异性，即只参与构成某一种RNA聚合酶。这些亚基可能都是RNA聚合酶催化转录所必需的。

植物RNA聚合酶Ⅳ和RNA聚合酶Ⅴ的功能是转录miRNA基因。

线粒体有自己的RNA聚合酶，催化转录线粒体DNA基因。线粒体RNA聚合酶能被利福霉素或利福平抑制，而利福霉素和利福平是原核生物RNA聚合酶抑制剂。因此，无论是在功能上还是在性质上，线粒体RNA聚合酶都更像原核生物RNA聚合酶。 JV3/DbjJaY8CidyiqPtbq5Il6jfCw4ACPailwvcYbo9KN1KTX2f+NY5NnUkOrgOD