聚合酶（1957年美國(guó)發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)）
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聚合酶
1957年美國(guó)發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)
聚合酶（polymerase）又稱多聚酶。是專門(mén)生物催化合成脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的一類酶的統(tǒng)稱。1957年，美國(guó)科學(xué)家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）發(fā)現(xiàn)。
基本信息
| 中文名 | 聚合酶 |
| 外文名 | polymerase |
| 屬性 | 蛋白質(zhì) |
| 發(fā)現(xiàn)時(shí)間 | 1957年 |
| 又稱 | DNA聚合酶 |
| 概述 | 催化合成DNA核糖核酸一類酶 |
| 發(fā)現(xiàn)者 | 阿瑟·科恩伯格 |
收起
介紹
分類
聚合酶醫(yī)學(xué)用途
特性
聚合作用
聚合酶結(jié)構(gòu)圖
3'5'外切酶活性──校對(duì)作用
這種酶活性的主要功能是從3'→5'方向識(shí)別和切除不配對(duì)的DNA生長(zhǎng)鏈末端的核苷酸。當(dāng)反應(yīng)體系中沒(méi)有反應(yīng)底物dNTP時(shí)，由于沒(méi)有聚合作用而出現(xiàn)暫時(shí)的游離現(xiàn)象，從而被3'→5'外切酶活性所降解。如果提高反應(yīng)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(zhǎng)鏈3'末端與模板發(fā)生分離的機(jī)會(huì)更多，因而降解作用加強(qiáng)。當(dāng)向反應(yīng)體系加入dNTP，而且只加放與模板互補(bǔ)的上述核苷酸才會(huì)使這種外切酶活性受到抑制，并繼續(xù)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(duì)作用，當(dāng)加入的核苷酸與模板不互補(bǔ)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(duì)應(yīng)的核苷酸。在某些T4噬菌體突變株中DNA復(fù)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(fù)制真實(shí)性好，變異率低?？梢?jiàn)，3'→5'外切酶活性對(duì)DNA復(fù)制真實(shí)性的維持是十分重要的。
聚合酶分子反應(yīng)示意圖
5'→3'外切酶活性就是從5'→3'方向水解DNA生長(zhǎng)鏈前方的DNA鏈，主要產(chǎn)生5'-脫氧核苷酸。這種酶活性只對(duì)DNA上配對(duì)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(dá)10倍以上。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復(fù)中可能起著重要作用。對(duì)岡崎片段5'末端DNA引物的去除依賴此種外切酶活性。
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(jī)焦磷酸分解DNA生長(zhǎng)鏈，可以認(rèn)為是DNA聚合作用的逆反應(yīng)，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(jī)焦磷酸的交換反應(yīng)。反應(yīng)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(nèi)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(yīng)叫缺口平移(Nicktranslation)。當(dāng)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(biāo)記的DNA分子，可以用作探針進(jìn)行分子雜交實(shí)驗(yàn)。
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(fù)制的主要聚合酶。主要證據(jù)如下：純化的DNApolⅠ催化dNTP摻入的速率為667堿基/分，而體內(nèi)DNA合成速率要比此高二倍數(shù)量級(jí)；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(fù)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(fù)制卻正常，而且此突變株增加了對(duì)紫外線、烷化劑等突變因素的敏感性。這表明該酶與DNA復(fù)制關(guān)系不大，而在DNA修復(fù)中起著重要的作用。
一些特定的DNA聚合酶對(duì)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(jī)遇。
研究成果
聚合酶結(jié)構(gòu)示意圖
聚合酶分子反應(yīng)示意圖
現(xiàn)狀
顯微鏡下的聚合酶
迄今為止，在真核細(xì)胞中已至少發(fā)現(xiàn)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(yīng)核酸外切酶的校讀作用或DNA修復(fù)過(guò)程，對(duì)DNA復(fù)制保真度的維持起重要作用，直接影響著細(xì)胞遺傳的穩(wěn)定性。
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