RNA聚合酶与转录起始

合成RNA的酶，以及其定位基因、解旋DNA并开始合成转录本的受严格调控的第一步。

Definition

RNA聚合酶是催化DNA模板RNA合成的多亚基酶；转录起始是聚合酶在适当因子协助下识别启动子、打开DNA双链并从起始位点开始合成RNA的受调控步骤。

Scope

本主题涵盖RNA聚合酶的结构和催化作用，以及起始事件：启动子识别、闭合复合物和开放复合物的形成、流产性起始以及向有效延伸的转变。它对比了细菌单聚合酶起始与真核生物多聚合酶、因子依赖性起始。启动子序列和调控转录因子将在相关主题中更详细地讨论。

Core questions

• RNA聚合酶的结构是什么？它是如何催化合成的？
• 该酶如何识别基因的起始位置？
• 当闭合启动子复合物转变为开放复合物时会发生什么？
• 细菌和真核生物的起始有何不同？

Key theories

开放复合物形成

有效的起始需要聚合酶解旋一小段启动子DNA，形成开放复合物，其中模板链暴露在活性位点，以便连接第一个核苷酸。

因子引导的启动子选择

细菌聚合酶使用可交换的σ因子来选择启动子，而真核聚合酶依赖于通用转录因子的组装，这赋予了起始特异性并成为一个关键的控制点。

Mechanisms

携带催化中心的聚合酶核心与起始因子（细菌中的σ因子；真核生物中的通用转录因子）结合，以识别启动子并形成闭合复合物。然后双链解旋形成开放复合物，暴露出模板链。该酶开始连接核苷酸，通常会释放几个短的流产性转录本，直到它脱离启动子，脱落起始因子，并进入持续延伸阶段。

Clinical relevance

细菌RNA聚合酶是重要抗生素的靶点，真核起始因子与疾病有关，并被研究作为药物靶点；此处仅作意义阐述，不作为临床建议。

History

RNA聚合酶于20世纪60年代初被发现；多种真核聚合酶及其通用转录因子的发现，以及后来在起始过程中捕获的酶的高分辨率结构，确立了当前教科书中所使用的机制图景。

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

RNA聚合酶需要引物吗？

不需要。与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶可以在模板上从头开始合成新链，因此转录不需要引物。

什么是σ因子？

一种细菌起始亚基，它引导核心聚合酶到特定的启动子；不同的σ因子使细胞能够转录不同的基因组。