RNA 聚合酶也叫依赖 DNA 的 RNA 聚合酶,核心功能是以 DNA 双链当中的一条链作为模板,按照碱基互补配对原则催化核糖核苷酸聚合,合成 RNA,也就是完成转录过程,它和 DNA 聚合酶最大的区别是 RNA 聚合酶不需要引物,可以直接启动转录,原核生物和真核生物的 RNA 聚合酶在亚基组成识别启动子的方式还有转录调控上存在很大差别,原核生物只拥有一种核心 RNA 聚合酶,依靠 σ 因子识别启动子,真核生物分成三种不同类型 RNA 聚合酶,分别负责转录不同种类的 RNA,这个知识点是分子生物学和生物化学考试高频内容,很多同学容易混淆原核真核聚合酶亚基组成还有各自转录产物。理解这个知识点的时候第一步先掌握转录的基本概念,第二步拆分原核 RNA 聚合酶核心酶的亚基结构,第三步理解 σ 因子的作用,第四步区分真核三种 RNA 聚合酶的分工,第五步对比它和 DNA 聚合酶的关键差异,巩固考点记忆。整体总结,RNA 聚合酶本质是转录关键催化酶,结构决定功能,亚基分别承担催化结合模板识别启动子的不同任务,原核单一种类真核多分型是最核心记忆主线。
原核生物 RNA 聚合酶结构
原核生物以大肠杆菌作为经典模型,完整全酶是核心酶加上 σ 因子,核心酶由五个亚基组成,能够催化 RNA 链延伸,但是单独核心酶不能特异性识别启动子,必须结合 σ 因子之后变成全酶,才能精准结合启动子,启动转录。
| 亚基 | 数量 | 主要功能 |
|---|---|---|
| α 亚基 | 2 个 | 组装酶复合体,结合上游 DNA 调控序列 |
| β 亚基 | 1 个 | 催化磷酸二酯键形成,催化 RNA 合成 |
| β 亚基 | 1 个 | 结合 DNA 模板链,参与转录延伸 |
| ω 亚基 | 1 个 | 帮助核心酶折叠组装,稳定酶结构 |
| σ 因子 | 1 个 | 识别启动子,决定转录起始特异性 |
核心要点,转录起始阶段需要 σ 因子,当 RNA 链合成到一定长度,σ 因子就会从全酶解离,剩下核心酶继续执行转录延伸,这个过程叫做 σ 因子释放,是原核转录非常经典的考点。
真核生物三种 RNA 聚合酶
真核细胞核里面存在三种 RNA 聚合酶,编号 Pol I Pol II Pol III,三种酶识别不同启动子,转录产物不一样,还需要多种转录因子辅助识别启动子,本身不能独立完成启动子识别。
| 类型 | 转录主要产物 | 主要定位 | 特点 |
|---|---|---|---|
| RNA 聚合酶 I | rRNA 除 5S rRNA | 核仁 | 转录活性最高 |
| RNA 聚合酶 II | mRNA 部分 snRNA | 核质 | 最重要,编码基因转录,需要 TATA 盒识别 |
| RNA 聚合酶 III | tRNA 5S rRNA 小 RNA | 核质 | 转录小分子 RNA |
补充知识,真核线粒体叶绿体里面还存在独立的 RNA 聚合酶,结构更接近单亚基类型,和核内三种多亚基聚合酶不一样。
RNA 聚合酶核心功能流程
第一步 识别结合启动子,形成闭合复合物,DNA 保持双链状态
第二步 DNA 局部解链,形成开放复合物,模板链暴露
第三步 起始合成,不需要引物,直接加入第一个核糖核苷酸
第四步 转录延伸,沿着模板 DNA 移动,持续合成 RNA 链
第五步 遇到终止序列,转录终止,RNA 链释放,聚合酶脱离 DNA 模板
RNA 聚合酶和 DNA 聚合酶关键对比
| 对比项目 | RNA 聚合酶 | DNA 聚合酶 |
|---|---|---|
| 是否需要引物 | 不需要 | 必须需要引物 |
| 底物 | 核糖核苷酸 | 脱氧核糖核苷酸 |
| 模板 | DNA 模板链 | DNA 双链模板 |
| 校对活性 | 一般无 3 到 5 外切校对 | 多数具备校对活性 |
| 产物 | RNA | DNA |
拓展易错考点
第一 RNA 聚合酶没有强校对功能,所以转录错误率高于 DNA 复制,这是因为转录属于临时信息拷贝,不需要像 DNA 复制那样极高保真度
第二 模板链也叫反义链,编码链叫做有义链,RNA 聚合酶沿着模板链 3 到 5 方向移动,合成 RNA 方向是 5 到 3
第三 利福平可以抑制原核 RNA 聚合酶 β 亚基,阻断转录起始,是经典抑制剂考点,α 鹅膏蕈碱可以抑制真核 RNA 聚合酶 II,这个抑制剂经常和 Pol II 绑定出题
【常见问题】
问题 1 RNA 聚合酶的结构与功能,原核 RNA 聚合酶的 σ 因子作用是什么
回答 1 RNA 聚合酶的结构与功能考点里面,σ 因子属于原核 RNA 聚合酶全酶组成部分,RNA 聚合酶的结构与功能重点就是 σ 因子负责识别启动子,没有 σ 因子的核心酶无法特异性启动转录。
问题 2 RNA 聚合酶的结构与功能,真核 RNA 聚合酶 II 转录什么产物
回答 2 RNA 聚合酶的结构与功能知识点,真核 RNA 聚合酶 II 属于三种核内 RNA 聚合酶之一,RNA 聚合酶的结构与功能规定它主要转录 mRNA 还有部分 snRNA。
问题 3 RNA 聚合酶的结构与功能,RNA 聚合酶转录需要引物吗
回答 3 RNA 聚合酶的结构与功能核心特征,RNA 聚合酶不需要引物就可以启动 RNA 合成,这也是 RNA 聚合酶的结构与功能中和 DNA 聚合酶最典型的区别。
【免责申明】
本文为生物化学分子生物学知识点学习科普,内容参考主流本科教材,不同教材对亚基命名表述可能存在细微差异,内容仅供备考学习参考,请以对应考试指定教材为准。


