转录需要解旋酶吗？

秦四哥

“基因的转录是由RNA聚合酶催化进行的。基因的上游具有结合RNA聚合酶的区域，叫做启动子。启动子是一段具有特定序列的DNA，具有和RNA聚合酶特异性结合的位点，决定了基因转录的起始位点。RNA聚合酶与启动子结合后，在特定区域将DNA双螺旋两条链之间的氢键断开，使DNA解旋，形成单链区，以非编码链为模板合成RNA互补链的过程就开始了。”

——人教版必修2教师用书

                              

“RNA聚合酶在特定的核酸序列启动转录，这一序列称为启动子（promoter）。启动子在原核细胞和真核细 胞中是不同的序列。大部分原核细胞的转录只由一种RNA聚合酶启动，而真核细胞中却有3种RNA聚合酶。每一种分别催化特定种类的RNA合成。RNA聚合酶也催化在松散DNA区域的RNA合成，此松散区域称为转录泡（transcription bubble）（图 12.9）。”

“与原核细胞不同,真核细胞中的3种RNA聚合酶都必须依赖转录因子的辅助来启动RNA链的转录。事实上，在RNA聚合酶结合并启动转录之前，这些转录因子都必须结合在DNA启动子的某个区域以形成适合的转录起始复合物。所有的转录开始之前都必须形成一段部分解旋的DNA,作为合成互补RNA链的模板（图12.9）。部分解旋的DNA片段则是由多个转录因子共间作用于启动子特定序列而形成的。”

——国外优秀教材《遗传学原理（第3版）》

关于转录时是否需要解旋酶，教材中并没有对DNA双链如何解开进行详细的叙述。教师中普遍存在两种观点：一种观点认为转录要解旋，但不需要专门的解旋酶，RNA聚合酶自身有诱导DNA解旋的能力；另一种观点认为无论是转录还是DNA复制，都以DNA单链作为模板，而缠绕在一起的双链是没办法复制和转录的，因此转录时也需要解旋酶的催化作用。那么，转录是否需要解旋酶呢？

1 DNA复制

DNA在复制时，其双链首先解开，形成复制叉，这一过程是由多种蛋白质及酶参与的复杂过程。首先在拓扑异构酶Ⅰ的作用下解开负超螺旋，并与解链酶共同作用，在复制起点处解开双链。参与解链的除一组解链酶外，还有Dna蛋白等，一旦局部解开双链，就必须有SSB蛋白来稳定解开的单链，以保证该局部结构不会恢复成双链。接着，由引发酶等组成的引发体作用于两条单链DNA上。

2遗传信息的转录

2.1原核生物的转录

在原核生物转录过程中需要RNA聚合酶，当聚合酶遇到称为启动子的特异序列，它就会牢固结合于DNA上，随即打开其前方的双螺旋。目前研究比较透彻的是大肠杆菌的RNA聚合酶，它由2个α亚基、一个β亚基和一个β’亚基组成的核心酶，加上一个σ亚基后成为聚合酶全酶（表1）。

DNA上存在着转录的起始信号，称为启动子。RNA聚合酶全酶上的σ因子能识别启动子，并识别有义链，从而使全酶定位于启动子部位。全酶在启动子附近将DNA局部解链，约解开17个碱基对。第一个核苷三磷酸（常常是GTP或ATP）结合到全酶上，形成“启动子-全酶-核苷三磷酸”三元起始复合物。第二个核苷酸参入，连结到第一个核苷酸上，形成第一个磷酸二酯键，σ因子从全酶上掉下，又去结合其他的核心酶。

当σ因子从核心酶上脱落后，核心酶与DNA链结合变得疏松，可以在模板链上滑动，方向为DNA模板链的3’→5’。同时，将核苷酸逐个加到RNA链的3’-0H端，使RNA链以5’→3’方向延伸，在RNA链延伸的同时，RNA聚合酶继续解开它前方的DNA双螺旋，暴露出新的板板链，而后而被解开的两条DNA单链又重新形成双螺旋，DNA上的解螺旋区保持约17个碱基对的长度。

2.2真核生物的转录

在真核细胞中有三类聚合酶，分别是RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ，其中RNA聚合酶Ⅱ在核内转录生成hnRNA，经剪接加工后生成mRNA被运送到细胞质中作为蛋白质合成的模板。真核生物中的RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助因子参与（表2），这些蛋白辅助因子统称为转录因子（TF）。

TBP是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶转录时都需要的。转录时先是TFⅡ-D与TATA盒结合，继而TFⅡ-B以其C端与TBP-DNA复合体结合，其N端则能与RNA聚合酶Ⅱ亲和结合，接着由两个亚基组成的TFⅡ-F加入装配，TFⅡ-F能与RNA聚合酶形成复合体，还具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋酶活性，能解开前方的DNA双螺旋，在转录链延伸中起作用。这样，启动子序列就与TFⅡ-D、B、F及RNA聚合酶Ⅱ结合形成一个具有转录功能基础的转录前起始复合物，能转录mRNA。TFⅡ-H是多亚基蛋白复合体，也具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋酶活性，在启动子区解开DNA双链；TFⅡ-E是两个亚基组成的四聚体，不直接与DNA结合而可能是与TFⅡ-B联系，能提高ATP酶和解链酶活性；TFⅡ-E和TFⅡ-H的加入就形成完整的转录复合体，能转录延伸生成长链RNA。

综上所述，在转录过程中，原核生物通过RNA聚合酶特定亚基使DNA双链解开，RNA聚合酶自身具有解旋的功能；真核生物转录时某些转录因子协助RNA聚合酶形成复合物解开DNA双链，起到解旋酶的作用。

——谭艳华.转录需要解旋酶吗.生物学教学.2012年第7期