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 DNA聚合酶

 

 

 

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[1]

參考文獻

  1. 羅湖口岸截獲日本產高價值DNA聚合酶,2016-11-16 08:42:53 中國質量新聞網