結構生物化學/單分子研究 RNAP
為了開始轉錄，RNA 聚合酶 (RNAP) 必須識別並結合到啟動子序列。一些因素包括協助聚合酶形成開放啟動子複合物，其中 DNA 暴露鹼基，形成轉錄泡。然後，RNAP 通常會進行流產起始，在此過程中會合成短鏈 RNA 轉錄本。RNAP 返回到初始啟動子位點並透過形成穩定的轉錄延伸複合物 (TEC) 逃脫該區域，該複合物能夠轉錄整個基因。
原子力顯微鏡是一種用於成像 TEC 超微結構改變的技術，例如 RNAP 誘導的模板 DNA 彎曲角的變化。TEC 被放置在平坦的表面上，然後用 AFM 懸臂掃描，懸臂是一個固定在一端的光束。然後，偏轉由反射表面的雷射檢測。這允許重建轉錄複合物的二維影像。
另一種用於監測轉錄的技術是熒游標記 RNAP 本身。該方法允許以最小的擾動監測啟動子搜尋或延伸。具體來說，可以使用稱為熒光共振能量轉移 (FRET) 的方法檢查 TEC 的結構變化。FRET 可以透過測量熒光強度變化來跟蹤兩個核苷酸之間的距離。
透過將珠子連線到單個 RNAP 分子上，可以記錄這些珠子的位置以確定酶的位置或旋轉狀態的變化。具體來說，可以透過測量從珠子散射的光或旋轉狀態來靈敏地測量珠子。也可以用 OT 對珠子施加力。OT 是一種高度聚焦的紅外雷射束，它透過輻射壓力對珠子施加力。此外，力可以透過層流施加。DNA 模板的末端可以連線到第二個珠子，以便流體流動可以對自由珠子施加力，從而對 DNA 模板施加張力。
轉錄需要全酶結合到 DNA 啟動子序列，該序列分佈在過量的基因組 DNA 中。這是一個所有序列特異性 DNA 結合蛋白都面臨的共同問題。已經提出了兩種獨立的機制，滑動和節段間轉移，來提高結合效率，從而提高搜尋過程的效率。滑動轉移發生在 RNAP 透過隨機“行走”擴散與非靶 DNA 結合，直到它到達靶位點。同時，節段間轉移涉及聚合酶透過在兩個位置之間交叉，同時結合到兩個 DNA 片段，來搜尋啟動子。
當定位到啟動子位點時，RNAP 會經歷從封閉複合物到開放複合物 (OPC) 的結構轉變。RNAP 在起始因子的幫助下彎曲並解開 DNA 片段，例如“sigma”，形成轉錄泡。“sigma”被稱為“管家”因子，它指導 RNAP 識別細菌中大量啟動子。例如，對 E. Coli 啟動子的 AFM 閱讀表明，DNA 在 55̊ 和 88̊ 之間彎曲，這與從凝膠遷移率分析推斷的彎曲角一致。
在形成 OPC 後，RNAP 開始合成與 DNA 模板鏈互補的 RNA 寡核苷酸。儘管 RNAP 在延伸階段建立了高度穩定的複合物，但最初轉錄的複合物 (ITC) 非常不穩定，會導致短 RNA 鏈的自發釋放並重新啟動合成，這就是所謂的“流產起始”。
在轉錄過程中，RNAP 沿模板 DNA 轉運，合成長度為數千個核苷酸的 mRNA。當 mRNA 長度達到 9-11nt 時，RNAP 會離開啟動子區域並進入延伸階段。在此步驟中，TEC 複合物非常穩定，並在核苷酸新增過程中牢牢地結合到 DNA 模板和新生 RNA 上。人們認為複合物的主要穩定因素是 RNA:DNA 雜合體內的鹼基配對。“滑動夾”模型指出，聚合酶內廣泛的蛋白質-核酸接觸極大地促成了 RNA 保留，提高了整體穩定性。由狹窄的蛋白質通道組成的“夾子”圍繞著雜合體，以防止 RNA 和 DNA 之間的任何剪下運動。
路徑延伸過程經常會受到進入脫靶狀態的干擾，脫靶狀態在調節 RNA 合成中起著重要作用。RNA 調節的一個例子是在延伸過程中暫停轉錄。暫停可以降低 mRNA 的產生速率，招募修改後續轉錄的 TEC 因子，充當終止的前體，或導致信使剪接。已知長時間的“穩定”暫停在轉錄本中 RNA 髮夾的形成中起著調節作用，這被認為會使 RNAP 失活。一系列研究表明，持續 20 秒或更長時間的暫停表明 RNA 合成過程中的鹼基錯配率，表明需要校對。
終止是一個棘手的步驟，因為 TEC 複合物非常穩定，RNAP 必須準確地解離，釋放 mRNA 和 DNA 模板。在原核生物中，終止發生在編碼新生 RNA 中穩定髮夾的特定序列處。一般來說，終止可能是由於 RNA 髮夾和 RNAP 之間的變構相互作用導致的，這種相互作用觸發 TEC 釋放底物以停止反應。一些研究得出結論，終止是由於中間延伸無能狀態引起的，而另一些研究則支援終止發生得很快，沒有中間體。
Herbert, Kristina M.，William J. Greenleaf 和 Steven M. Block。 "單分子 RNA 聚合酶研究：運動過程。" 《生物化學年度評論》77.149-76 (2008)：149-172。印刷版。