อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส (อังกฤษ: RNA polymerase) หรือใช้ตัวย่อว่า RNAP เป็นเอนไซม์ที่ช่วยเร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ RNA จากสาย DNA แม่แบบ ในกระบวนการถอดรหัส (transcription)

การเปรียบเทียบกับดีเอ็นเอพอลิเมอเรส

อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส (RNAP) ทำหน้าที่คล้ายคลึงกับดีเอ็นเอพอลิเมอเรส (DNA polymerase หรือย่อว่า DNAP) ซึ่งทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์สาย DNA อันเป็นปฏิกิริยาเคมีประเภทเดียวกันกับการสังเคราะห์สาย RNA อย่างไรก็ตาม เอนไซม์ 2 ชนิดนี้มีข้อแตกต่างที่สำคัญอยู่ดังต่อไปนี้

• RNA polymerase เร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะกันของไรโบนิวคลีโอไทด์ (ribonucleotide) ซึ่งเป็นหน่วยย่อย (monomer) ของ RNA ส่วน DNAP นั้นจะเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะกันของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ (deoxyribonucleotide) ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของ DNA ทั้งนี้ หน่วยย่อยของ RNA และ DNA แตกต่างกันที่ชนิดของน้ำตาลเพนโทส (คือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่ประกอบไปด้วยธาตุคาร์บอนจำนวน 5 อะตอม) ที่เป็นองค์ประกอบ สำหรับ RNA เป็นน้ำตาลไรโบส ส่วน DNA เป็นน้ำตาลดีออกซีไรโบส
• RNAP สามารถเริ่มทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยไพรเมอร์ (primer) ในขณะที่ DNAP ต้องอาศัยไพรเมอร์ในการเชื่อมต่อนิวคลีโอไทด์โมเลกุลแรกสุด

การทำงานโดยทั่วไป

ในกระบวนการถอดรหัสนั้น เอนไซม์ RNAP จะช่วยสังเคราะห์สาย RNA โดยอาศัยสาย DNA เป็นแม่แบบ โดยเริ่มต้นจาก RNAP จะจับเข้ากับสาย DNA ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งแบบหลวมๆ หลังจากนั้นเอนไซม์นี้จะเคลื่อนที่ไปตามสาย DNA เมื่อตรวจพบตำแหน่งบนสายที่เรียกว่าโปรโมเตอร์ (promoter) เอนไซม์ RNAP จะยึดตัวแน่นเข้ากับสาย DNA และคลายเกลียวของ DNA เฉพาะบริเวณนั้นออกจากกันเป็น DNA สายเดี่ยว 2 สาย ทั้งนี้เพื่อให้เบสของแต่ละสายที่จับกันด้วยพันธะไฮโดรเจนแยกออกจากกัน หลังจากนั้น RNAP จะเลือกสายใดสายหนึ่งเป็นสายต้นแบบ (template strand) เพื่อเริ่มต้นทำการสังเคราะห์สาย RNA

ในการสังเคราะห์สาย RNA เอนไซม์ RNAP จะค่อยๆ เคลื่อนไปบน DNA สายต้นพร้อมกับคลายเกลียวสาย DNA ไปด้วย ระหว่างนั้น RNAP จะนำไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสที่เข้าคู่กับเบสบนหน่วยย่อยของ DNA สายต้นแบบเข้ามาเชื่อมต่อกันทีละโมเลกุลจนเป็นสาย RNA (ส่วนสาย DNA บริเวณที่ RNAP เคลื่อนที่ผ่านไปแล้วจะกลับมาเป็นเกลียวคู่ตามเดิม) เมื่อ RNAP เคลื่อนไปถึงบริเวณของสาย DNA ที่เรียกว่า เทอร์มิเนเตอร์ (terminator) การสังเคราะห์จะหยุดลง เอนไซม์ RNAP จะแยกตัวออกจากสาย DNA ส่วนสาย RNA ที่สังเคราะห์ได้จะหลุดออกมา

ในโพรแคริโอต

โมเลกุลของเอนไซม์ RNA polymerase ในเซลล์โพรแคริโอต หรือสิ่งมีชีวิตจำพวกแบคทีเรีย จะมีส่วนประกอบ (subunit) ที่เรียกว่า ซิกมาแฟกเตอร์ (sigma factor หรือเขียนแทนด้วยอักษรกรีกว่า σ factor) ทำหน้าที่ในการตรวจจับตำแหน่งของโปรโมเตอร์บนสาย DNA เมื่อตรวจพบแล้ว โมเลกุลของ RNAP จะยึดเข้ากับสาย DNA เพื่อเริ่มทำการถอดรหัส หลังจากนั้นซิกมาแฟกเตอร์จะหลุดออกไป ทั้งนี้ เอนไซม์ RNAP จะทำงานต่อไปจนเสร็จสิ้นการถอดรหัสที่ตำแหน่งเทอร์มิเนเตอร์ หลังจากนั้น RNAP จะปล่อยตัวออกจากสาย DNA และเข้าจับกับซิกมาแฟกเตอร์อิสระเพื่อที่จะได้สามารถเริ่มต้นทำการถอดรหัสได้อีกครั้ง

ในยูแคริโอต

ขณะที่เซลล์แบคทีเรียมีเอนไซมื RNA polymerase เพียงชนิดเดียว ในเซลล์ยูแคริโอตนั้นมีถึง 3 ชนิด (ที่สำคัญ) ได้แก่ RNA polymerase I, RNA polymerase II และ RNA polymerase III โดยแต่ละชนิดนั้นทำหน้าที่ในการถอดรหัสยีนที่ต่างกัน

• RNA polymerase I ถอดรหัสยีนที่จะสร้าง rRNA ทั่วไป
• RNA polymerase II ถอดรหัสยีนส่วนใหญ่ รวมถึงยีนที่สร้างโปรตีน
• RNA polymerase III ถอดรหัสยีนที่สร้าง tRNA และ 5S rRNA (เป็น rRNA ที่เป็นองค์ประกอบใน large subunit ของไรโบโซม ทั้งในเซลล์ยูแคริโอตและโพรแคริโอต)