DNA轉(zhuǎn)錄不需要“單獨(dú)的”解旋酶

摘要：通過(guò)對(duì)教材及文獻(xiàn)資料的分析論證了DNA轉(zhuǎn)錄不需要“單獨(dú)的”解旋酶，以求解決目前困擾教師和學(xué)生們的這一爭(zhēng)議問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：DNA轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶 解旋酶

中圖分類(lèi)號(hào)：Q-49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：E

DNA轉(zhuǎn)錄需要還是不需要“單獨(dú)的”解旋酶，這是目前教師們和學(xué)生及資料中都很有爭(zhēng)議的一個(gè)問(wèn)題。結(jié)合筆者的理解及文獻(xiàn)資料分析認(rèn)為轉(zhuǎn)錄不需要“單獨(dú)的”解旋酶。

1、教材中沒(méi)提到，因此不能說(shuō)DNA轉(zhuǎn)錄需要“單獨(dú)的”解旋酶

人教版高中生物必修2《遺傳與進(jìn)化》教材中第54頁(yè)講DNA復(fù)制時(shí)在解旋酶的作用下，把兩條螺旋的雙鏈解開(kāi)，而在講DNA轉(zhuǎn)錄時(shí)課本中第63頁(yè)只提到RNA聚合酶。有些教師類(lèi)比DNA復(fù)制認(rèn)為DNA轉(zhuǎn)錄也要解旋酶的作用是不對(duì)的。

2、教師用書(shū)及安徽卷考試說(shuō)明中指出是RNA聚合酶將DNA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)

必修2《教師用書(shū)））P99：基因的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶催化進(jìn)行的?；虻纳嫌尉哂薪Y(jié)合RNA聚合酶的區(qū)域，叫做啟動(dòng)子。啟動(dòng)子是一段具有特定序列的DNA，具有和RNA聚合酶特異性結(jié)合的位點(diǎn)，決定了基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)。RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合后，在特定區(qū)域?qū)NA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)，使DNA解旋，形成單鏈區(qū)，以非編碼鏈為模板合成RNA互補(bǔ)鏈的過(guò)程就開(kāi)始了。從此處可以看出是RNA聚合酶將DNA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)，所以不需要“單獨(dú)的”解旋酶。另2012年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試安徽卷考試說(shuō)明中提到：DNA復(fù)制時(shí)，雙鏈打開(kāi)形成單鏈，需要解旋酶的幫助；RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，聚合酶中也有亞基擔(dān)負(fù)解鏈功能。從此處可以看出是RNA聚合酶中也有亞基擔(dān)負(fù)解鏈功能，所以也是不需要“單獨(dú)的”解旋酶。

3、資料文獻(xiàn)中提及DNA轉(zhuǎn)錄不需要“單獨(dú)的”解旋酶

3.1 DNA復(fù)制時(shí)，需要單獨(dú)的解旋酶

DNA雙螺旋的解旋需要DNA解旋（鏈）酶（DNAhelicase，DNA Unwinding enzyme），DNA解鏈酶能通過(guò)水解ATP獲得能量來(lái)解開(kāi)雙鏈DNA。大部分DNA解鏈酶（包括大腸桿菌解鏈酶Ⅱ、Ⅲ、T4噬菌體dda、T4基因41和人解鏈酶等）可沿滯后模板的5’→3’方向并隨著復(fù)制叉的前進(jìn)而移動(dòng)，只有另一種解鏈酶（Rep蛋白）是沿前導(dǎo)鏈模板的3’→5’方向移動(dòng)。因此推測(cè)Rep蛋白和特定DNA解鏈酶分別在DNA的兩條母鏈上協(xié)同作用以解開(kāi)雙鏈DNA。在DNA不連續(xù)復(fù)制過(guò)程中，DNA解鏈酶結(jié)合于復(fù)制叉前面，催化DNA雙鏈結(jié)構(gòu)解鏈，并具有ATP的酶活性酶，兩種活性相互偶聯(lián)，通過(guò)水解ATP提供解鏈的能量。不同來(lái)源的DNA解旋酶的共同特性是通過(guò)水解ATP提供解鏈的能量，而復(fù)制叉結(jié)構(gòu)的存在與否對(duì)活性的影響因酶而異。DNA復(fù)制時(shí)，雙鏈打開(kāi)形成單鏈，需要單獨(dú)的解旋酶的幫助；RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，不需要單獨(dú)的解旋酶的幫助。

3.2 RNA聚合酶有解鏈功能

3.2.1 原核生物RNA聚合酶有直接解鏈功能

大多數(shù)原核生物RNA聚合酶的組成是相同的，大腸桿菌RNA聚合酶由2個(gè)α亞基、1個(gè)β亞基、1個(gè)β’亞基和1個(gè)ω亞基組成，稱為核心酶。加上1個(gè)σ亞基后則成為聚合酶全酶，相對(duì)分子質(zhì)量為4，65×10⁵（表1）。研究發(fā)現(xiàn)，由β和β’亞基組成聚合酶的催化中心，它們?cè)谛蛄猩虾驼婧松颮NA聚合酶的兩個(gè)大亞基有同源性。β亞基能與模板DNA、新生RNA鏈及核苷酸底物相結(jié)合。

σ因子可以極大地提高RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子區(qū)DNA序列的親和力，加入盯因子以后，RNA聚合酶全酶識(shí)別啟動(dòng)子序列的特異性總共提高了10⁷倍。資料顯示原核生物RNA聚合酶有直接解鏈功能。

3.2.2 真核生物RNA聚合酶有解鏈功能

真核生物的RNA聚合酶分三類(lèi)：RNA聚合酶I存在于核仁中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA；RNA聚合酶Ⅱ存在于核質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA；RNA聚合酶Ⅲ存在于核質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物tRNA。真核生物RNA聚合酶一般有8～14個(gè)亞基所組成，相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)5×10⁵。轉(zhuǎn)錄的基本過(guò)程包括：模板識(shí)別/啟動(dòng)子的選擇、轉(zhuǎn)錄起始、通過(guò)啟動(dòng)子及轉(zhuǎn)錄的延伸和終止。模板識(shí)別階段主要指RNA聚合酶與啟動(dòng)子DNA雙鏈相互作用并與之相結(jié)合的過(guò)程。轉(zhuǎn)錄起始前，啟動(dòng)子附近的DNA雙鏈分開(kāi)形成轉(zhuǎn)錄泡以促使底物核糖核苷酸與模板DNA的堿基配對(duì)。真核生物RNA聚合酶Ⅱ所形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物除了RNA聚合酶之外，真核生物轉(zhuǎn)錄起始過(guò)程中至少還需要7種輔助因子參與，如TBP、TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和TFIIH。酶與啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合，在RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用的過(guò)程中，聚合酶首先與啟動(dòng)子區(qū)閉合雙鏈DNA相結(jié)合，形成二元閉合復(fù)合物，然后經(jīng)過(guò)解鏈得到二元開(kāi)鏈復(fù)合物。從中可以看出轉(zhuǎn)錄實(shí)際上是RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子和啟動(dòng)子區(qū)各種調(diào)控元件相互作用的結(jié)果，不需要“單獨(dú)的”解旋酶。

3.3 從酶的化學(xué)組成來(lái)看RNA聚合酶具有解鏈功能

從化學(xué)組成來(lái)看酶可分為單純蛋白酶和綴合蛋白酶兩類(lèi)。單純蛋白酶僅有蛋白質(zhì)構(gòu)成，其酶活性由蛋白質(zhì)決定。例：脲酶，淀粉酶，溶菌酶。綴合蛋白酶類(lèi)，除了蛋白質(zhì)外，還要結(jié)合一些對(duì)熱穩(wěn)定的非蛋白質(zhì)小分子物質(zhì)或金屬離子，前者稱為脫輔酶，后者稱為輔因子，兩者形成的復(fù)合物稱為全酶，即全酶=脫輔酶+輔因子，兩者各自單獨(dú)存在均無(wú)催化作用。從以上可以看出原核生物的RNA聚合酶就可以完成轉(zhuǎn)錄；在真核細(xì)胞中，RNA聚合酶通常不能單獨(dú)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用，而需要與其他轉(zhuǎn)錄因子共同協(xié)作，具有輔助功能的輔助因子與RNA聚合酶構(gòu)成全酶，不需要“單獨(dú)的”解旋酶。這些輔助功能的輔助因子不能算“單獨(dú)的”解旋酶。

綜上所述可以看到原核生物RNA聚合酶有直接解鏈功能；在真核生物中，RNA聚合酶與輔助因子構(gòu)成全酶才有解鏈功能，但都不需要“單獨(dú)的”解旋酶。