RNAP z E. coli vyobrazena během elongace. Části enzymu byly zprůhledněny tak, aby byla cesta RNA a DNA jasnější. Iont hořčíku (žlutý) se nachází na aktivním místě enzymu
RNA polymeráza (RNAP nebo RNApol) je enzym zodpovědný za tvorbu RNA ze šablony DNA. RNAP tento úkol plní konstrukcí RNA řetězců procesem zvaným transkripce. Z vědeckého hlediska je RNAP nukleotidyl transferáza, která polymerizuje ribonukleotidy na 3′ konci RNA transkriptu. RNA polymerázové enzymy jsou nezbytné a nacházejí se ve všech organismech, buňkách a mnoha virech.
Řízení procesu transkripce ovlivňuje vzorce genové exprese a tím umožňuje buňce přizpůsobit se měnícímu se prostředí, plnit specializované role v organismu a udržovat základní metabolické procesy nezbytné pro přežití. Proto není divu, že aktivita RNAP je komplexní a zároveň vysoce regulovaná. U bakterií E. coli bylo identifikováno více než 100 faktorů, které modifikují aktivitu RNAP.
RNAP může iniciovat transkripci na specifických sekvencích DNA známých jako promotory. Pak produkuje řetězec RNA, který je komplementární k řetězci DNA používanému jako šablona. Proces přidávání nukleotidů do řetězce RNA je známý jako elongace a u eukaryot může RNAP vytvářet řetězce dlouhé až 2,4 milionu nukleosidů (celá délka genu dystrofinu). RNAP přednostně uvolní svůj transkript RNA na specifických sekvencích DNA kódovaných na konci genů známých jako terminátory.
Některé molekuly RNA produkované RNAP budou sloužit jako šablony pro syntézu proteinů ribozomem. Jiné se mohou složit do enzymaticky aktivních ribozymů nebo do molekul tRNA. Třetí možností je, že molekula RNA bude sloužit čistě regulační roli pro kontrolu budoucí genové exprese (viz siRNA).
RNAP provádí de novo syntézu. Je toho schopen, protože specifické interakce se zahajujícím nukleotidem drží RNAP pevně na místě, což usnadňuje chemický útok na přicházející nukleotid. Takové specifické interakce vysvětlují, proč RNAP preferuje zahájení transkriptů s ATP (následuje GTP, UTP a pak CTP). Na rozdíl od DNA polymerázy, RNAP zahrnuje helicase aktivitu, proto není potřeba žádný samostatný enzym k uvolnění DNA.
RNAP objevili nezávisle na sobě Sam Weiss a Jerard Hurwitz v roce 1960. Paradoxní je, že v roce 1959 byla Nobelova cena udělena Severu Ochoovi za objev toho, co bylo považováno za RNAP, ale místo toho se ukázalo, že je to ribonukleóza.
RNA polymeráza u bakterií
U bakterií katalyzuje stejný enzym syntézu tří typů RNA: mRNA, rRNA a tRNA.
RNAP je poměrně velká molekula. Jádrový enzym má 5 podjednotek (~400 kDa):
Pro vazbu oblastí specifických pro promotor vyžaduje základní enzym další podjednotku, sigma (σ). Faktor sigma výrazně snižuje afinitu RNAP k nespecifické DNA a zároveň zvyšuje specificitu pro určité promotorové oblasti v závislosti na faktoru sigma. Kompletní holoenzym má tedy 6 podjednotek: α2ββ’σω (~480 kDa). Struktura RNAP vykazuje drážku o délce 55 Å a průměru 25 Å. Tato drážka dobře zapadá do dvojitého řetězce DNA o délce 20 Å. Délka 55 Å může přijmout 16 nukleotidů.
Když se RNA polymeráza nepoužívá, váže se na místa s nízkou afinitou, aby po otevření umožnila rychlou výměnu za aktivní promotorové místo. Holenzym RNA polymerázy proto v buňce volně neplave, když se nepoužívá.
RNA polymeráza u eukaryot
Eukaryota mají několik typů RNAP:
Archaea má jedinou formu RNAP, která je blízce příbuzná třem hlavním eukaryotickým polymerázám. Spekuluje se, že archeální polymeráza připomíná předka specializovaných eukaryotických polymeráz.
Mnoho virů také kóduje RNAP. Virové polymerázy jsou různorodé a zahrnují některé formy, které mohou používat RNA jako šablonu místo DNA (to se vyskytuje u obrny). Zřejmě nejvíce studovaná virová RNAP se nachází v bakteriofágu T7. Tato jednopodjednotková RNAP je příbuzná s RNAP nalezenou v mitochondriích a chloroplastech a sdílí značnou homologii s DNA polymerázou. Mnozí se domnívají, že většina virových polymeráz se proto vyvinula z DNA polymerázy a přímo nesouvisí s vícepodjednotkovými polymerázami popsanými výše.
Existuje řada proteinů, které se mohou vázat na RNAP a modifikovat její chování. Například greA a greB z E. coli mohou zvýšit schopnost RNAP štěpit RNA šablonu v blízkosti rostoucího konce řetězce. Toto štěpení může zachránit zastavenou molekulu polymerázy a pravděpodobně se podílí na korektuře občasných chyb, které RNAP dělá. Samostatný kofaktor, Mfd, se podílí na reparaci spřažené s transkripcí, procesu, ve kterém RNAP rozpoznává poškozené báze v DNA šabloně a rekrutuje enzymy pro obnovu DNA. Je známo, že další kofaktory hrají regulační roli, tj. pomáhají RNAP vybrat, zda vyjádřit či nevyjádřit určité geny.
RNA polymerázu lze izolovat následujícími způsoby: