《Nature》两篇文章聚焦RNA聚合酶

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RNA聚合酶(RNA polymerase，RNAP)，相信只要是稍微接触过分子生物学的人就不会对这个名词陌生，它的定义是：以一条DNA链或RNA为模板催化由核苷-5′-三磷酸合成RNA的酶。  

    虽然对于真核与原核生物的RNAP，科学家们了解的比较深入，但是仍然存在一些未解之谜，在本期的《Nature》上，来自美国阿拉巴马州大学生物化学与分子遗传学系，威斯康辛州大学生物分子化学系的研究人员发表两篇互补的文章，公布了他们在细菌RNA聚合酶的结构和功能方面的研究成果。

    催化转录的RNA聚合酶(RNA polymerase，RNAP)是一种由多个蛋白亚基组成的复合酶，如大肠杆菌的RNA聚合酶有五个亚基组成，其分子量为480000，含有α，β，β’，δ等4种不同的多肽，其中α为两个分子，所以全酶（holoenzyme）的组成是α2ββ’δ。α亚基与RNA聚合酶的四聚体核心（α2ββ’）的形成有关；β亚基含有核苷三磷酸的结合位点；β’亚基含有与DNA模板的结合位点；而Sigma因子只与RNA转录的起始有关，与链的延伸没有关系，一旦转录开始，δ因子就被释放，而链的延伸则由四聚体核心酶（core enzyme）催化。所以δ因子的作用就是识别转录的起始位置，并使RNA聚合酶结合在启动子部位。

    细菌的RNA聚合酶，像DNA聚合酶一样，具有很复杂的结构。其活性形式(全酶)为15S，由5种不同的多肽链构成，按分子量大小排列分别为β'(155000)，β(151000)，σ(7000)，α(36500)和ω(11000)。每分子RNA聚合酶除有两个α亚基外，其余亚基均只有一个，故全酶为β'βα2σω(450000）。

    RNA聚合酶在DNA要将它的遗传信息表达出去，成为真正具有功能效应的单位——蛋白的时候，需要中间体RNA的帮助，而要实现这个过程就不能缺少这个重要的酶。Steven Block和他的同事利用一种比之前光阱（optical trap）更稳定的装置发现在大肠杆菌转录的过程中，这个酶每隔大约1000个碱基就会出现一个错误，但是RNAP也有良好的自我纠正机制，能及时发现和纠正这些错误。

    在第一篇文章中，研究人员将这种酶与DNA模板和RNA产物结合在一起，以对转录伸长复合物进行仔细观测。该结构显示了DNA到RNA的转录过程的详细情况，这个转录过程对于所有活细胞都是至关重要的。在第二篇论文中，RNA聚合酶伸长复合物是与各种不同的基质类比物和一种抗生素结合在一起的，显示了基质加载和抗生素抑制的机制。对人类和细菌  

    RNA聚合酶的结构进行对比，将有助于进行药物设计：RNA聚合酶是包括利福霉素（rifamycin）及其衍生物在内的抗生素的一个作用目标。