DNA转录不需要“单独的”解旋酶,本文主要内容关键词为:不需要论文,转录论文,DNA论文,解旋酶论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
DNA转录需要还是不需要“单独的”解旋酶,这是目前教师们和学生及资料中都很有争议的一个问题。结合笔者的理解及文献资料分析认为转录不需要“单独的”解旋酶,
一、教材中没提到,因此不能说DNA转录需要“单独的”解旋酶
人教版高中生物必修2《遗传与进化》教材中第54页讲DNA复制时在解旋酶的作用下,把两条螺旋的双链解开,而在讲DNA转录时课本中第63页只提到RNA聚合酶。有些教师类比DNA复制认为DNA转录也要解旋酶的作用是不对的。
二、教师用书及安徽卷考试说明中指出是RNA聚合酶将DNA双螺旋两条链之间的氢键断开
必修2《教师用书》P99: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。从此处可以看出是RNA聚合酶将DNA双螺旋两条链之间的氢键断开,所以不需要“单独的”解旋酶。另2012年普通高等学校招生全国统一考试安徽卷考试说明中提到:DNA复制时,双链打开形成单链,需要解旋酶的帮助;RNA转录过程中,聚合酶中也有亚基担负解链功能。从此处可以看出是RNA聚合酶中也有亚基担负解链功能,所以也是不需要“单独的”解旋酶。
三、资料文献中提及DNA转录不需要“单独的”解旋酶
(一)DNA复制时,需要单独的解旋酶
DNA双螺旋的解旋需要DNA解旋(链)酶(DNA helicase,DNA Unwinding enzyme),DNA解链酶能通过水解ATP获得能量来解开双链DNA。大部分DNA解链酶(包括大肠杆菌解链酶Ⅱ、Ⅲ、T4噬菌体dda、T4基因41和人解链酶等)可沿滞后模板的5'→3'方向并随着复制叉的前进而移动,只有另一种解链酶(Rep蛋白)是沿前导链模板的3'→5'方向移动,因此推测Rep蛋白和特定DNA解链酶分别在DNA的两条母链上协同作用以解开双链DNA。在DNA不连续复制过程中,DNA解链酶结合于复制叉前面,催化DNA双链结构解链,并具有ATP的酶活性酶,两种活性相互偶联,通过水解ATP提供解链的能量。不同来源的DNA解旋酶的共同特性是通过水解ATP提供解链的能量,而复制叉结构的存在与否对活性的影响因酶而异。DNA复制时,双链打开形成单链,需要单独的解旋酶的帮助;RNA转录过程中,不需要单独的解旋酶的帮助。
(二)RNA聚合酶有解链功能
1.原核生物RNA聚合酶有直接解链功能
大多数原核生物RNA聚合酶的组成是相同的,大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基、1个β亚基、1个β'亚基和1个ω亚基组成,称为核心酶。加上1个σ亚基后则成为聚合酶全酶,相对分子质量为4.65×(见下页表1)。研究发现,由β和β'亚基组成聚合酶的催化中心,它们在序列上和真核生物RNA聚合酶的两个大亚基有同源性。β亚基能与模板DNA、新生RNA链及核苷酸底物相结合。
σ因子可以极大地提高RNA聚合酶对启动子区DNA序列的亲和力,加入σ因子以后,RNA聚合酶全酶识别启动子序列的特异性总共提高了倍。资料显示原核生物RNA聚合酶有直接解链功能。
2.真核生物RNA聚合酶有解链功能
真核生物的RNA聚合酶分三类:RNA聚合酶I存在于核仁中,转录产物rRNA;RNA聚合酶Ⅱ存在于核质中,转录产物mRNA;RNA聚合酶Ⅲ存在于核质中,转录产物tRNA。真核生物RNA聚合酶一般有8~14个亚基所组成,相对分子质量超过5×。转录的基本过程包括:模板识别/启动子的选择、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。模板识别阶段主要指RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。转录起始前,启动子附近的DNA双链分开形成转录泡以促使底物核糖核苷酸与模板DNA的碱基配对。真核生物RNA聚合酶Ⅱ所形成的转录起始复合物除了RNA聚合酶之外,真核生物转录起始过程中至少还需要7种辅助因子参与,如TBP、TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和TFIIH。酶与启动子区的结合,在RNA聚合酶与启动子相互作用的过程中,聚合酶首先与启动子区闭合双链DNA相结合,形成二元闭合复合物,然后经过解链得到二元开链复合物:从中可以看出转录实际上是RNA聚合酶、转录调控因子和启动子区各种调控元件相互作用的结果,不需要“单独的”解旋酶。
(三)从酶的化学组成来看RNA聚合酶具有解链功能
从化学组成来看酶可分为单纯蛋白酶和缀合蛋白酶两类。单纯蛋白酶仅有蛋白质构成,其酶活性由蛋白质决定。例:脲酶,淀粉酶,溶菌酶。缀合蛋白酶类,除了蛋白质外,还要结合一些对热稳定的非蛋白质小分子物质或金属离子,前者称为脱辅酶,后者称为辅因子,两者形成的复合物称为全酶,即全酶=脱辅酶+辅因子,两者各自单独存在均无催化作用。从以上可以看出原核生物的RNA聚合酶就可以完成转录;在真核细胞中,RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用,而需要与其他转录因子共同协作,具有辅助功能的辅助因子与RNA聚合酶构成全酶,不需要“单独的”解旋酶。这些辅助功能的辅助因子不能算“单独的”解旋酶。
综上所述可以看到原核生物RNA聚合酶有直接解链功能;在真核生物中,RNA聚合酶与辅助因子构成全酶才有解链功能,但都不需要“单独的”解旋酶。