大多數生物将遺傳信息儲存在DNA中，因為DNA是一種高保真的材料。真核生物還把DNA與組蛋白結合起來，形成染色質結構，保存在細胞核中。同時，還通過複雜的修複機制保證其忠實性。

當DNA中的某個遺傳信息需要表達時，第一步是将其轉移到RNA分子上，即轉錄（transcription）。所以多數RNA是DNA中部分信息的臨時載體，成本低，壽命短，數量多。

RNA的結構與功能多樣。mRNA是信息分子，用于把蛋白質的一級結構信息傳遞到細胞質中；非編碼RNA一般是功能分子，可以形成特定的結構，以實現某種功能，比如基因表達調控等。

非編碼RNA。J Integr Bioinform. 2019 Jul 13

對于不同種類的RNA，真核生物采用不同的RNA聚合酶來合成。RNA聚合酶I（RNA pol I，RNAP I或RNA pol A）負責轉錄rRNA，但不包括5 S rRNA；RNAP II負責mRNA、大多數的lncRNA和snRNA，以及部分microRNA；RNAP III負責分子較小的RNA，如tRNA、5 S rRNA、U6 snRNA以及部分microRNA。

RNA聚合酶與轉錄機制的研究也是生命科學中的重要内容。2006年，羅傑·科恩伯格（Roger D. Kornberg，亞瑟·科恩伯格長子）“因其對真核轉錄的分子基礎的研究”而獲得諾貝爾化學獎。

羅傑·科恩伯格。引自諾貝爾基金會

羅傑一直緻力于結構生物學研究，其獲獎的主要原因是解析了酵母RNAP II的晶體結構。但他的貢獻不僅于此，他在70年代即推斷出核小體的基本結構，90年代又通過實驗将其證實。這也為轉錄機制的研究打下了基礎。同時，也說明結構生物學研究并非僅僅依靠儀器，敏銳的頭腦也是必不可少的。

這三種RNA聚合酶最初是根據它們對一種抑制劑（α-鵝膏蕈堿）的敏感性來區分的，RNAP I不受抑制；RNAP II對其敏感，低劑量即産生抑制；RNAP III在高劑量時才被抑制。

鵝膏蕈堿與RNA聚合酶。引自PDB-101

鵝膏蕈堿結合在RNA聚合酶的背面，遠離活性位點及DNA和RNA的結合位點。所以它并不阻止磷酸二酯鍵的形成，而是阻止酶在DNA模闆上的移位，從而阻斷RNA的延伸。它結合在酶的兩個亞基之間，通過阻止酶的構象變化抑制其移位。

鵝膏蕈堿抑制mRNA合成，因而阻斷蛋白質合成，是劇毒物質。産生鵝膏蕈堿（amanitin）的毒蘑菇是鬼筆鵝膏（Amanita phalloides），英文常稱為death cap，誤食少許即可導緻肝細胞壞死等症狀，最終昏迷死亡。它還産生另一種毒素鬼筆環肽（phalloidin），能與微絲結合，常用于細胞骨架染色。

鬼筆鵝膏。引自百度百科

原核生物總是比真核簡單，其RNA聚合酶隻有一種，但具有複雜的多亞基結構。大腸杆菌的全酶包括6個亞基（α2ββ’ωσ），分子量高達450 Kd。其中σ亞基稱為起始因子，可使RNA聚合酶穩定地結合到啟動子上。其餘部分稱為核心酶，負責根據DNA模闆合成RNA。

σ亞基在不同菌種間變動較大，而核心酶比較恒定。細菌表達多種不同形式的σ因子，它們能夠響應各種信号和環境條件來識别并結合不同的啟動子序列。已經發現大腸杆菌有7種σ因子，其中σ70負責轉錄管家基因，識别啟動子共有序列；σ32識别熱休克基因，σ60在氮饑餓時起作用。σ通過在DNA上移動尋找啟動子，不需DNA解鍊。

細菌RNAP核心酶的組裝。EcoSal Plus. 2018 Aug;8(1).

α亞基主要負責RNAP的組裝，β和β'亞基占核心酶總質量的80％，負責結合模闆并催化形成磷酸二酯鍵。ω亞基可能是用于RNAP折疊的分子伴侶。

噬菌體的RNA聚合酶是單鍊蛋白，功能也簡單，與其簡單的基因組相适應。另外，線粒體和葉綠體也隻有一種RNA聚合酶。

T7噬菌體的RNA聚合酶。引自PDB-101

與DNA聚合酶相比，RNA聚合酶也需要模闆，合成方向也是5’-3’，但其底物是4種NTP，而且不需要引物。RNA聚合酶的合成速度要比DNA聚合酶慢得多，約為50-100堿基/秒，而DNA聚合酶約為1000堿基/秒。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!