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DNA聚合酶

[1]來自 搜狗 的圖片

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於1957年在大腸桿菌中發現的，被稱為DNA聚合酶Ⅰ（DNA polymerase Ⅰ，簡稱polⅠ）以後陸續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聚合酶的共同特徵為：①具有5』→3』聚合酶活性，這就決定了DNA只能沿着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。因而複製之初需要一段DNA引物的3』一OH端為起點，合成5』→3』方向的新鏈

歷史

1953年，沃森和克里克發表了經典論文，描述DNA的化學結構，而一些科學家對它的重要性提出了最初的質疑。兩人在論文中提出，DNA的複製原理仍有待確定。當時，美國生物化學家阿瑟·科恩伯格正在密蘇里州聖路易斯市的華盛頓大學微生物學系工作，他認可了這篇論文的重要意義。由此，他開始對機體合成核酸的過程產生了興趣，尤其是合成DNA。他在這些研究中使用的是相對簡單的大腸桿菌，1956年，他發現了裝配DNA基本單位的酶。這種酶被稱為DNA聚合酶Ⅰ，它以幾種不同的變體出現在所有的生物體中。科恩伯格在論文中描述了這些發現，他的論文起初不免遭拒，但之後於1957年被著名的《生物化學期刊》接受並發表。1959年，因為確定了「DNA的生物合成機制」，他成為諾貝爾獎的共同獲得者之一。

DNA聚合酶Ⅰ(pol Ⅰ)的發現對生物學研究有着非常重要的意義，因為它在生命過程中起着核心作用，令我們認識到DNA如何進行複製與修復。在細胞分裂之前，pol Ⅰ會複製細胞DNA的所有成分。接着，母細胞將其DNA副本傳遞給每一個子細胞，由此將遺傳信息代代相傳。科恩伯格發現pol Ⅰ能讀取完整的DNA鏈，並以之作為模板合成一條新鏈，後者與原DNA鏈完全相同——這個過程和複印機複製文件沒什麼區別。

不過，複印機在複製文件時是機械性的，它並不在乎文件的內容，與此不同的是，DNA聚合酶7個子類中的某些成員能夠校對原始DNA模板，偵查、移除並改正錯誤，從而生產出一條無誤的新DNA鏈，這其中就包括DNA聚合酶Ⅰ。其他的DNA聚合酶只能複製不能修復，因此它們能夠保留基因組中的突變，或是令細胞死亡

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聚合酶都屬於多功能酶，它們在DNA複製和修復過程的不同階段發揮作用

種類

原核生物

大腸桿菌DNA聚合酶DNA聚合酶最早在E.coli中發現，到目前為止已確定有5種類型，分別為DNA聚合酶Ⅰ、DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ、DNA聚合酶Ⅳ和DNA聚合酶V，都與DNA鏈的延長有關。

其中DNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ研究得比較明確