遗传信息转录是否需要解旋酶

尤征亮

摘 要： 高中人教版生物必修2P63有关转录的描述是这样的：“当细胞开始合成某种蛋白质时，编码这个蛋白质的一段DNA双链将解开，双链的碱基得以暴露。”遗传信息转录是否需要解旋酶？课本中并没有提到DNA双链的解旋是否需要解旋酶。各种教辅资料中及部分生物教师在教学中，认为遗传信息的转录需要解旋酶。而部分生物教师依据必修2[教师用书]P99介绍认为转录不需要解旋酶，针对这一争论本文进行了详尽的阐述。

关键词： 遗传信息 转录 解旋酶

生物体内的DNA是双螺旋结构，在进行DNA复制时，需要对DNA的双链进行解旋，解旋的实质是用能量破坏互补碱基中的氢键，从而将双链打开。通常都是利用高温或者是利用相关酶将DNA双链打开，例如我们熟知的PCR技术，就是通过对DNA片段进行加热处理，使DNA双链解开，从而完成DNA的解旋。而在生物体内进行DNA的复制时通常是利用生物体内的解旋酶进行解旋。解旋酶一词是在生物人教版必修一第3章第三节P54中提出的：“DNA复制开始时，DNA分子首先利用细胞提供的能量，在解旋酶的作用下，把两条螺旋的DNA链解开，这个过程叫做解旋。”在DNA复制过程中，解旋需要解旋酶，这是毋庸置疑的。那么转录的时候，DNA的双链解旋也需要解旋酶吗？由细胞构成的生物可分为原核生物和真核生物两大类，这两类生物转录的机制是有不同的，让我们分别研究它们转录机制，探讨转录是否需要解旋酶。笔者查阅了郑集、陈均辉编著的《普通生物化学》第4版（200706）和王镜岩、朱圣庚徐长法主编的《生物化学》第三版下册（200208），现将相关内容简述如下：

一、原核生物的转录起始阶段

在原核基因的编码区上游，有一段序列叫启动子，启动子是DNA链上一段能与RNA聚合酶结合并能起始mRNA合成的序列，它是基因表达不可缺少的重要调控序列。原核细胞只有一种RNA聚合酶，负责合成三种RNA，此酶由两条α链、一条β链、一条β′链、一条ω链和一个σ因子构成全酶。σ因子具有辨认启动子“识别位”的作用。转录开始时，RNA聚合酶的σ因子识别基因启动子的识别位（-35序列）并与-35序列结合，形成疏松的复合物，然后RNA聚合酶沿模板DNA3′→5′方向移动至Pribnow框（-10序列），由于Pribnow框A-T含量高，所以这一区域容易解旋。此时，RNA聚合酶与模板DNA呈紧密结合状态，形成稳定的复合物，DNA的构象从而发生改变，局部打开DNA双螺旋，即开始转录的起始。由此可知，原核生物的转录是RNA聚合酶单独起作用，不需要解旋酶，RNA聚合酶本身就具有解旋功能。

二、真核生物的转录起始阶段

真核细胞RNA聚合酶有三种，能合成mRNA的酶是RNA聚合酶Ⅱ（polⅡ），真核细胞启动子比原核细胞启动子更复杂和更多样，不同的RNA聚合酶有不同的启动子。原核细胞靠RNA聚合酶本身识别启动子，而真核细胞的RNA聚合酶无法识别启动子，要靠转录因子识别启动子。凡是转录起始所必需，但不是RNA聚合酶成分的任何蛋白质，都定义为转录因子。主要转录因子的功能如下：

转录起始时，首先是TFⅡD结合到TATA框上，接着TFⅡA立即结合上去，并稳定TFⅡD和TATA框的结合。TFⅡD有两个亚基TBP和TAF。接着TFⅡB结合，TFⅡB有两个结构域，一个结合TBP，另一个用于引进TFⅡF/polⅡ复合物。TFⅡB充当了桥连蛋白的作用。FⅡF/polⅡ复合物结合上来后，TFⅡE、H和J相继结合，最终形成至少含有40个多肽的转录起始复合物。TFⅡH是多亚基蛋白复合体，具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋酶活性，在转录链延伸中发挥作用。

并且必修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。很多老师由此判断真核生物转录不需要解旋酶，我以前把这段话理解为转录不需要解旋酶，而且和很多老师讨论的时候也有一些老师和我持一样的看法。后来笔者在认真研读《生物化学》和《现代分子生物学》中真核生物的转录机制后，又改变了自己的观点，笔者发现真核生物转录还是需。

通过阅读上述真核生物的转录机制后，我们不难发现，真核生物转录时RNA聚合酶不能单独起作用，并不像部分教师说的那样：RNA聚合酶就可以解旋，实际上RNA聚合酶必须借助TFⅡ-F、TFⅡH等辅助因子的作用才能完成解旋。而对解旋酶定义，百度百科上是这样描述的：“解旋酶是一类能解开氢键的酶，而不是一种酶，由水解ATP供给能量来解开DNA的酶。它们常常依赖于单链的存在，并能识别复制叉的单链结构。一般在DNA或RNA复制过程中起到催化双链DNA或RNA解旋的作用。与解链有关的酶和蛋白质包括：单链结合蛋白、解旋酶、拓扑异构酶Ⅰ、拓扑异构酶Ⅱ。”而上文中我们提到的TFⅡ-F和TFⅡ-H和RNA聚合酶结合后具有解旋酶活性，从解旋酶的定义看，TFⅡ-F和TFⅡ-H便是解旋酶，所以真核生物转录是需要解旋酶的。

综上所述，我们可以得出这样的结论：原核生物遗传信息转录不需要解旋酶，RNA聚合酶就有解旋功能，而真核生物遗传信息转录需要解旋酶。

参考文献：

[1]郑集，陈均辉.普通生物化学（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2007：551-559.

[2]王镜岩，朱圣庚，徐长法.生物化学（第3版）下册[M].北京：高等教育出版社，2007：455-464.

[3]解旋酶.百度百科http：//baike.baidu.com/view/207912.htm.

[4]朱玉贤，李毅.现代分子生物学[M].高等教育出版社，2006：65-77（第2版）.