结构生物化学/单分子研究 RNAP
为了开始转录，RNA 聚合酶 (RNAP) 必须识别并结合到启动子序列。一些因素包括协助聚合酶形成开放启动子复合物，其中 DNA 暴露碱基，形成转录泡。然后，RNAP 通常会进行流产起始，在此过程中会合成短链 RNA 转录本。RNAP 返回到初始启动子位点并通过形成稳定的转录延伸复合物 (TEC) 逃脱该区域，该复合物能够转录整个基因。
原子力显微镜是一种用于成像 TEC 超微结构改变的技术，例如 RNAP 诱导的模板 DNA 弯曲角的变化。TEC 被放置在平坦的表面上，然后用 AFM 悬臂扫描，悬臂是一个固定在一端的光束。然后，偏转由反射表面的激光检测。这允许重建转录复合物的二维图像。
另一种用于监测转录的技术是荧光标记 RNAP 本身。该方法允许以最小的扰动监测启动子搜索或延伸。具体来说，可以使用称为荧光共振能量转移 (FRET) 的方法检查 TEC 的结构变化。FRET 可以通过测量荧光强度变化来跟踪两个核苷酸之间的距离。
通过将珠子连接到单个 RNAP 分子上，可以记录这些珠子的位置以确定酶的位置或旋转状态的变化。具体来说，可以通过测量从珠子散射的光或旋转状态来灵敏地测量珠子。也可以用 OT 对珠子施加力。OT 是一种高度聚焦的红外激光束，它通过辐射压力对珠子施加力。此外，力可以通过层流施加。DNA 模板的末端可以连接到第二个珠子，以便流体流动可以对自由珠子施加力，从而对 DNA 模板施加张力。
转录需要全酶结合到 DNA 启动子序列，该序列分布在过量的基因组 DNA 中。这是一个所有序列特异性 DNA 结合蛋白都面临的共同问题。已经提出了两种独立的机制，滑动和节段间转移，来提高结合效率，从而提高搜索过程的效率。滑动转移发生在 RNAP 通过随机“行走”扩散与非靶 DNA 结合，直到它到达靶位点。同时，节段间转移涉及聚合酶通过在两个位置之间交叉，同时结合到两个 DNA 片段，来搜索启动子。
当定位到启动子位点时，RNAP 会经历从封闭复合物到开放复合物 (OPC) 的结构转变。RNAP 在起始因子的帮助下弯曲并解开 DNA 片段，例如“sigma”，形成转录泡。“sigma”被称为“管家”因子，它指导 RNAP 识别细菌中大量启动子。例如，对 E. Coli 启动子的 AFM 阅读表明，DNA 在 55̊ 和 88̊ 之间弯曲，这与从凝胶迁移率分析推断的弯曲角一致。
在形成 OPC 后，RNAP 开始合成与 DNA 模板链互补的 RNA 寡核苷酸。尽管 RNAP 在延伸阶段创建了高度稳定的复合物，但最初转录的复合物 (ITC) 非常不稳定，会导致短 RNA 链的自发释放并重新启动合成，这就是所谓的“流产起始”。
在转录过程中，RNAP 沿模板 DNA 转运，合成长度为数千个核苷酸的 mRNA。当 mRNA 长度达到 9-11nt 时，RNAP 会离开启动子区域并进入延伸阶段。在此步骤中，TEC 复合物非常稳定，并在核苷酸添加过程中牢牢地结合到 DNA 模板和新生 RNA 上。人们认为复合物的主要稳定因素是 RNA:DNA 杂合体内的碱基配对。“滑动夹”模型指出，聚合酶内广泛的蛋白质-核酸接触极大地促成了 RNA 保留，提高了整体稳定性。由狭窄的蛋白质通道组成的“夹子”围绕着杂合体，以防止 RNA 和 DNA 之间的任何剪切运动。
路径延伸过程经常会受到进入脱靶状态的干扰，脱靶状态在调节 RNA 合成中起着重要作用。RNA 调节的一个例子是在延伸过程中暂停转录。暂停可以降低 mRNA 的产生速率，招募修改后续转录的 TEC 因子，充当终止的前体，或导致信使剪接。已知长时间的“稳定”暂停在转录本中 RNA 发夹的形成中起着调节作用，这被认为会使 RNAP 失活。一系列研究表明，持续 20 秒或更长时间的暂停表明 RNA 合成过程中的碱基错配率，表明需要校对。
终止是一个棘手的步骤，因为 TEC 复合物非常稳定，RNAP 必须准确地解离，释放 mRNA 和 DNA 模板。在原核生物中，终止发生在编码新生 RNA 中稳定发夹的特定序列处。一般来说，终止可能是由于 RNA 发夹和 RNAP 之间的变构相互作用导致的，这种相互作用触发 TEC 释放底物以停止反应。一些研究得出结论，终止是由于中间延伸无能状态引起的，而另一些研究则支持终止发生得很快，没有中间体。
Herbert, Kristina M.，William J. Greenleaf 和 Steven M. Block。 "单分子 RNA 聚合酶研究：运动过程。" 《生物化学年度评论》77.149-76 (2008)：149-172。印刷版。