DNA 聚合酶,又稱 DNA 依賴的 DNA 聚合酶(DNA—dependent DNA polymerase,DNA pol),它是以親代 DNA 為模板,催化底物 dNTP 分子聚合形成子代 DNA 的一類酶。此酶最早是美國科學家 Arthur Komberg 于 1957 年在大腸桿菌中發(fā)現的,被稱為 DNA 聚合酶 Ⅰ(DNA polymerase Ⅰ,簡稱polⅠ)以后陸續(xù)在其他原核生物及真核生物中找到了多種 DNA 聚合酶。這些 DNA 聚合酶的共同特征為:①具有5’→3’聚合酶活性,這就決定了 DNA 只能沿著 5’→3’方向合成;②需要引物,DNA 聚合酶不能催化 DNA 新鏈從頭合成,只能催化 dNTP 加入核苷酸鏈的 3'-OH 末端。因而復制之初需要一段 DNA 引物的 3’一OH 端為起點,合成 5’→3’方向的新鏈。
一、特性:
DNA 聚合酶有多種,E.coli 就有三種。通常 DNA 聚合酶具有以下共同特點:
1、需要 DNA 模板,因此這類酶又稱為依賴 DNA 的 DNA 聚合酶;
2、需要 RNA 或 DNA 作為引物(primer),即 DNA 聚合酶不能從頭催化;
3、催化 dNTP 加到引物的 3'-OH 末端,其速率為 1000nt/min,因而 DNA 合成的方向是 5’到 3';
4、三種 DNA 聚合酶都屬于多功能酶,它們在 DNA 復制和修復過程的不同階段發(fā)揮作用。
二、應用:
E.coli 的 DNA pol Ⅰ 涉及 DNA 損傷修復,在半保留復制中起輔助的作用。DNA polⅡ 在修復損傷中也具有重要的作用。DNA polⅢ 是一種多亞基的蛋白質,在 DNA 新鏈的從頭合成中起復制酶的作用。
復制的忠實性問題會影響到翻譯的精確性,這種忠實性主要依賴于堿基的特異性配對。據估計每個堿基對將有 10-3。的概率會發(fā)生錯配,但實際的錯配率只有 10-8~10-10,即每 1000 個細菌復制周期中,每個基因組只產生一次錯誤。DNA 多聚酶能增加互補堿基的特異性,該特異性主要表現在以下兩方面:
1、能夠檢查進入的堿基是否和模板互補,這時通過一個匹配的化學特點加以識別,這是合成前的一種預防措施,稱為合成前(presynthetic)錯誤控制;
2、在新的堿基加到鏈上以后,檢查堿基是否配對。若發(fā)生錯配,將會把剛加上去的錯誤堿基切除掉,這是校正控制(proofreading)。
細菌的三種 DNA 聚合酶都具有 3 7硝’外切活性,逆 DNA 合成方向進行加工,提供校對功能。在鏈的延伸階段中,一個核苷酸進人生長鏈的末端,形成鍵,該酶就向前移一個堿基對,準備下一個堿基對的進入。若一個錯誤產生了,這個酶就向回退,切除最后加進來的這個堿基,產生一個位點,然后被正確的堿基取代。
不同 DNA 多聚酶聚合和校正之間的關系是不同的。有時,這些活性是由相同的蛋白質亞基產生的,但有時它們又還有不同的亞基。一個錯誤堿基的排除實際上是十分復雜的,因為這種切除反應是由不同位點催化的。
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