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聚合酶
1957年美國發(fā)現的物質(zhì)
聚合酶（polymerase）又稱(chēng)多聚酶。是專(zhuān)門(mén)生物催化合成脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的一類(lèi)酶的統稱(chēng)。1957年，美國科學(xué)家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）發(fā)現。
基本信息
| 中文名 | 聚合酶 |
| 外文名 | polymerase |
| 屬性 | 蛋白質(zhì) |
| 發(fā)現時(shí)間 | 1957年 |
| 又稱(chēng) | DNA聚合酶 |
| 概述 | 催化合成DNA核糖核酸一類(lèi)酶 |
| 發(fā)現者 | 阿瑟·科恩伯格 |
收起
介紹
分類(lèi)
聚合酶醫學(xué)用途
特性
聚合作用
聚合酶結構圖
3'5'外切酶活性──校對作用
這種酶活性的主要功能是從3'→5'方向識別和切除不配對的DNA生長(cháng)鏈末端的核苷酸。當反應體系中沒(méi)有反應底物dNTP時(shí)，由于沒(méi)有聚合作用而出現暫時(shí)的游離現象，從而被3'→5'外切酶活性所降解。如果提高反應體系的溫度可以促進(jìn)這種作用，這表明溫度升高使DNA生長(cháng)鏈3'末端與模板發(fā)生分離的機會(huì )更多，因而降解作用加強。當向反應體系加入dNTP，而且只加放與模板互補的上述核苷酸才會(huì )使這種外切酶活性受到抑制，并繼續進(jìn)行DNA的合成。由此推論，3'→5'外切酶活性的主要功能是校對作用，當加入的核苷酸與模板不互補而游離時(shí)則被3'→5'外切酶切除，以便重新在這個(gè)位置上聚合對應的核苷酸。在某些T4噬菌體突變株中DNA復制的真實(shí)性降低，而易發(fā)生突變，從此突變株分離得到的聚合酶的3'→5'外切酶活性很低。相反，另外一些具有抗突變能力的T4突變株中的聚合酶的3'→5'外切酶活性比野生型高得多，因此，其DNA復制真實(shí)性好，變異率低。可見(jiàn)，3'→5'外切酶活性對DNA復制真實(shí)性的維持是十分重要的。
聚合酶分子反應示意圖
5'→3'外切酶活性就是從5'→3'方向水解DNA生長(cháng)鏈前方的DNA鏈，主要產(chǎn)生5'-脫氧核苷酸。這種酶活性只對DNA上配對部份(雙鏈)磷酸二酯鍵有切割活力作用，方向是5'→3'。每次能切除10個(gè)核苷酸，而且DNA的聚合作用能刺激5'→3'外切酶活力達10倍以上。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起著(zhù)重要作用。對岡崎片段5'末端DNA引物的去除依賴(lài)此種外切酶活性。
焦磷酸解作用
DNApolⅠ的這種活性可以催化3'末端焦磷酸解DNA分子。這種作用就是無(wú)機焦磷酸分解DNA生長(cháng)鏈，可以認為是DNA聚合作用的逆反應，而且這種水解DNA鏈作用需要有模板DNA的存在。(dNMP)n XPPi←(dNMP)n-x X(dNPPP)→DNA
焦磷酸交換作用
催化dNTP末端的PPi同無(wú)機焦磷酸的交換反應。反應式為32P32Pi dNPPP←dNP32P32P PPi→DNA
最后兩種作用，都要求有較高濃度的PPi，因此，在體內由于沒(méi)有足夠高的PPi而無(wú)重要意義。DNApolⅠ的DNA聚合酶活性和5'→3'外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA鏈上的切口向前推進(jìn)，即沒(méi)有新的DNA合成，只有核苷酸的交換。這種反應叫缺口平移(Nicktranslation)。當雙鏈DNA上某個(gè)磷酸二酯鍵斷裂產(chǎn)生切口時(shí)，DNApoIⅠ能從切口開(kāi)始合成新的NDA鏈，同時(shí)切除原來(lái)的舊鏈。這樣，從切口開(kāi)始合成了一條與被取代的舊鏈完全相同的新鏈。如果新?lián)饺氲拿撗鹾塑账崛姿釣棣?32P-dNTP，則重新合成的新鏈即為帶有同位素標記的DNA分子，可以用作探針進(jìn)行分子雜交實(shí)驗。
盡管DNApolⅠ是第一個(gè)被鑒定的DNA聚合酶，但它不是在腸桿菌中DNA復制的主要聚合酶。主要證據如下：純化的DNApolⅠ催化dNTP摻入的速率為667堿基/分，而體內DNA合成速率要比此高二倍數量級；大腸桿菌的一個(gè)突變株中，此酶的活力正常，但染色體DNA復制不正常；而在另一些突變株中，DNApolⅠ的活力中只是野生型的1%，但是DNA復制卻正常，而且此突變株增加了對紫外線(xiàn)、烷化劑等突變因素的敏感性。這表明該酶與DNA復制關(guān)系不大，而在DNA修復中起著(zhù)重要的作用。
一些特定的DNA聚合酶對于化學(xué)修飾性核苷分子顯示出驚人的耐受性，從而為高度功能化的核酸分子的有效合成提供了令人激動(dòng)的新機遇。
研究成果
聚合酶結構示意圖
聚合酶分子反應示意圖
現狀
顯微鏡下的聚合酶
迄今為止，在真核細胞中已至少發(fā)現了12種DNA聚合酶，包括聚合酶α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、ι、κ、λ和μ，它們通過(guò)參與DNA聚合反應核酸外切酶的校讀作用或DNA修復過(guò)程，對DNA復制保真度的維持起重要作用，直接影響著(zhù)細胞遺傳的穩定性。
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