什(shen)麽(me)是(shi) DNA 聚(ju)合酶(mei)

DNA 聚(ju)合酶(mei)的(de)發現之旅

DNA 聚(ju)合酶(mei)的(de)主要功能

復(fu)制(zhi) —— 遺(yi)傳信(xin)息(xi)的傳遞(di)接(jie)力(li)

DNA 聚(ju)合酶(mei)的(de)主要使(shi)命之(zhi)壹是在細胞分裂時(shi)，精(jing)確(que)地復(fu)制(zhi)原有(you)的(de) DNA，從(cong)而確保遺傳信(xin)息(xi)能夠絲(si)毫(hao)不(bu)差地傳遞(di)給(gei)下壹代細胞。在這個(ge)過(guo)程中(zhong)，DNA 聚(ju)合酶(mei)如(ru)同精(jing)密的 “工匠(jiang)"，它(ta)們(men)成對(dui)工作(zuo)，同(tong)時(shi)對 DNA 的(de)兩條(tiao)鏈進(jin)行(xing)復制(zhi)。具(ju)體(ti)來說，DNA 聚(ju)合酶(mei)會(hui)在新生 DNA 鏈的 3′ - OH 端添(tian)加(jia)脫氧(yang)核苷(gan)酸(suan)，按照(zhao)堿(jian)基(ji)互補(bu)配對原則，腺嘌(piao)呤(ling)（A）與(yu)胸腺嘧(mi)啶(ding)（T）配對，鳥(niao)嘌(piao)呤(ling)（G）與(yu)胞嘧(mi)啶（C）配對，使(shi)得 DNA 鏈以(yi) 5′→3′的(de)方向不(bu)斷延(yan)伸。不(bu)過(guo)，DNA 聚(ju)合酶(mei)自(zi)身無(wu)法(fa)啟(qi)動(dong)復(fu)制(zhi)的(de) “開(kai)關(guan)"，需(xu)要有(you)引物(wu)的(de)存(cun)在(zai)，它才能開(kai)始(shi)添加(jia)核苷(gan)酸(suan)的工作(zuo)。在(zai)原核生(sheng)物(wu)中(zhong)，DNA 聚(ju)合酶(mei) III 擔當(dang)起(qi)主要負(fu)責(ze)復(fu)制(zhi)的(de)重(zhong)任(ren)；而在真核生(sheng)物(wu)裏(li)，DNA 聚(ju)合酶(mei) δ 則是復(fu)制(zhi)工作(zuo)的(de) “主(zhu)力軍"。另(ling)外(wai)，DNA 聚(ju)合酶(mei) I 也(ye)發揮(hui)著(zhe)重(zhong)要的(de)輔助作用(yong)，它(ta)通(tong)過 5′→3′外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性去除滯後(hou)鏈上的(de) RNA 引物(wu)，並(bing)利(li)用(yong)聚(ju)合酶(mei)活(huo)性填補(bu)引物(wu)移(yi)除後留下的空隙。

修復 —— 基(ji)因組的忠誠衛士

DNA 復制(zhi)是(shi)壹(yi)個復雜(za)且(qie)龐大(da)的工程(cheng)，維持基因(yin)組的完整性不容有失(shi)。除了復制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)能出(chu)現(xian)的錯(cuo)誤(wu)，外(wai)界(jie)環境等因(yin)素(su)也(ye)會導(dao)致 DNA 損(sun)傷，因(yin)此 DNA 修復是(shi)壹個(ge)持續不停的(de)過(guo)程(cheng)。DNA 聚(ju)合酶(mei)在(zai)其中(zhong)扮(ban)演著(zhe)關(guan)鍵角(jiao)色，通過壹系(xi)列(lie)的(de)機(ji)制(zhi)來(lai)修正這(zhe)些錯(cuo)誤(wu)和損(sun)傷。

校對 —— 精(jing)準(zhun)復(fu)制(zhi)的(de)保障防(fang)線

DNA 復制(zhi)雖然(ran)是(shi)壹個高度精(jing)確(que)的(de)過(guo)程，大(da)約(yue)每(mei)加(jia)入(ru) 10⁴到 10⁵個(ge)核苷(gan)酸(suan)就(jiu)可(ke)能發(fa)生(sheng)壹次(ci)錯(cuo)誤(wu)。如果這(zhe)些錯(cuo)誤(wu)得不到糾(jiu)正，不(bu)正(zheng)確(que)的堿(jian)基(ji)配對可(ke)能會(hui)嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)蛋(dan)白質的(de)正(zheng)常(chang)功能，甚至可(ke)能引發癌癥等嚴(yan)重(zhong)後(hou)果(guo)。此(ci)時，DNA 聚(ju)合酶(mei)的(de)外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性就(jiu)發揮(hui)了重(zhong)要作(zuo)用(yong)。它(ta)能夠向(xiang)後(hou)移動(dong)壹步，通過 3′→5′外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性將錯(cuo)配的堿(jian)基(ji)移(yi)除，這個過程(cheng)就(jiu)叫做校對。此(ci)外(wai)，DNA 聚(ju)合酶(mei)還(hai)參(can)與(yu)復制(zhi)後(hou)修復過(guo)程以(yi)及(ji)跨損(sun)傷合成過(guo)程。在(zai)跨(kua)損(sun)傷合成過(guo)程中(zhong)，即(ji)使(shi)面對未(wei)修復的(de) DNA 損(sun)傷區(qu)域，DNA 聚(ju)合酶(mei)也(ye)能 “想(xiang)辦(ban)法" 跨越(yue)過去(qu)，使(shi)復制(zhi)得(de)以(yi)繼(ji)續進(jin)行(xing)。

DNA 聚(ju)合酶(mei)在(zai)原核生(sheng)物(wu)與(yu)真核生(sheng)物(wu)中(zhong)的(de)差異(yi)

原核生(sheng)物(wu)中(zhong)的(de) DNA 聚(ju)合酶(mei)

1. DNA 聚(ju)合酶(mei) I：由(you) polA 基(ji)因(yin)編(bian)碼(ma)，是由(you)壹(yi)條(tiao)多(duo)肽(tai)鏈構成的(de)單(dan)體酶(mei)。它(ta)主要參(can)與(yu) DNA 的重(zhong)組與(yu)修復工作(zuo)，具(ju)備(bei) 5'→3' 和 3'→5' 兩個方向的(de)外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性。在 DNA 復制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，它(ta)利用 5'→3' 外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性從(cong)滯後(hou)鏈中(zhong)去(qu)除 RNA 引物(wu)，然(ran)後(hou)憑(ping)借(jie)聚(ju)合酶(mei)功能填(tian)補(bu)產(chan)生(sheng)的空隙。

2. DNA 聚(ju)合酶(mei) II：由(you) polB 基(ji)因(yin)編(bian)碼(ma)，由(you)七(qi)個(ge)亞基(ji)構成。它(ta)的(de)主要職責(ze)是(shi)進(jin)行(xing) DNA 修復，同(tong)時也(ye)作為(wei) DNA 聚(ju)合酶(mei) III 的(de) “候補(bu)隊員"。它具(ju)有 3'→5' 外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性，具備壹定的(de)校對能力(li)，能夠在(zai) DNA 修復過(guo)程中(zhong)糾(jiu)正壹些錯(cuo)誤(wu)。

3. DNA 聚(ju)合酶(mei) III：這(zhe)是大(da)腸(chang)桿(gan)菌(jun)中(zhong)主(zhu)要執行 DNA 復制(zhi)任(ren)務(wu)的 “核心(xin)成(cheng)員"，由(you) polC 基(ji)因(yin)編(bian)碼(ma)。它具(ju)有最(zui)高的聚(ju)合速(su)率與(yu)延(yan)展性，能高效地完成(cheng) DNA 復(fu)制(zhi)工作(zuo)。同(tong)時(shi)，它也(ye)具備(bei) 3'→5' 的校對功能，確(que)保復制(zhi)的(de)準(zhun)確(que)性。它由(you) 13 個(ge)亞基(ji)組成，包含(han) 9 種(zhong)不同(tong)類型的(de)亞基(ji)，其中(zhong)兩個核心(xin)結(jie)構(gou)域各(ge)由(you) α（執行聚(ju)合酶(mei)功能）、ε（3'→5' 外(wai)切(qie)酶(mei)）和 θ 亞基(ji)構成。此(ci)外(wai)，它(ta)還(hai)與(yu)壹個(ge)由(you) τ₂γδδ’構(gou)成(cheng)的裝(zhuang)夾(jia)復(fu)合體相(xiang)連，χ 與(yu) ψ 兩個亞基(ji)也(ye)附著(zhe)於(yu)其(qi)中(zhong)。β 亞基(ji)以(yi)二(er)聚(ju)體的形式(shi)形成(cheng)兩個滑(hua)動(dong)夾(jia)環(huan)，顯著增(zeng)強聚(ju)合酶(mei)的(de)延(yan)展性，使(shi)其在(zai)復制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)會輕(qing)易脫離 DNA 模(mo)板(ban)。

4. DNA 聚(ju)合酶(mei) IV：由(you) dinB 基(ji)因(yin)編(bian)碼(ma)，當細(xi)胞遭(zao)遇 DNA 損(sun)傷、復(fu)制(zhi)被(bei)阻斷時(shi)，它會(hui)啟(qi)動(dong) SOS 修復反(fan)應(ying)，負(fu)責(ze)進(jin)行(xing)跨損(sun)傷合成，以(yi)繞(rao)過 DNA 模(mo)板(ban)中(zhong)的(de)損(sun)傷區(qu)域繼續合成 DNA。

5. DNA 聚(ju)合酶(mei) V：由(you)壹(yi)個(ge) UmuC 單體(ti)和壹個(ge) UmuD 二(er)聚(ju)體構成(cheng)，同樣(yang)在 SOS 反應(ying)期(qi)間發揮(hui)重(zhong)要作(zuo)用(yong)，參(can)與(yu)受損(sun) DNA 的容(rong)錯(cuo)性復制(zhi)和修復。

真核生(sheng)物(wu)中(zhong)的(de) DNA 聚(ju)合酶(mei)

1. DNA 聚(ju)合酶(mei) δ：作(zuo)為真核生(sheng)物(wu)中(zhong)主(zhu)要的(de) DNA 復(fu)制(zhi)酶(mei)，它(ta)具有 3'→5' 外(wai)切(qie)酶(mei)活(huo)性，可(ke)用(yong)於(yu)校對，確(que)保 DNA 復制(zhi)的(de)準(zhun)確(que)性，對維持真核生(sheng)物(wu)基(ji)因(yin)組的結(jie)構(gou)完整性和遺傳穩(wen)定性具有重(zhong)要作(zuo)用(yong)2。

2. DNA 聚(ju)合酶(mei) α：其(qi)主要功能是(shi)合成引物(wu)。它(ta)的(de)小(xiao)亞基(ji)具有引物(wu)酶(mei)活(huo)性，而大(da)亞基(ji)具有聚(ju)合酶(mei)活(huo)性。在 DNA 復制(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)，它(ta)為岡崎片段(duan)合成引物(wu)，然(ran)後(hou)由(you) DNA 聚(ju)合酶(mei) δ 接(jie)著(zhe)延(yan)長(chang)引物(wu)，完成(cheng) DNA 的(de)復(fu)制(zhi)。

3. DNA 聚(ju)合酶(mei) θ：主(zhu)要功能是(shi)進(jin)行(xing) DNA 修復，並(bing)在滯後(hou)鏈上移(yi)除岡崎片段(duan)的引物(wu)，為(wei) DNA 的(de)準(zhun)確(que)復(fu)制(zhi)和修復提(ti)供保障。

4. DNA 聚(ju)合酶(mei) γ：是(shi)真核生(sheng)物(wu)中(zhong)線粒體 DNA 的(de)主(zhu)要復(fu)制(zhi)酶(mei)，負(fu)責(ze)線粒體 DNA 的(de)復(fu)制(zhi)工作(zuo)，保障線粒體遺(yi)傳信(xin)息(xi)的穩(wen)定傳遞(di)。

特殊(shu)的(de) DNA 聚(ju)合酶(mei) ——EG20101S - 抗(kang)體法熱啟(qi)動(dong) Taq DNA 聚(ju)合酶(mei)

     EG20101S - 抗(kang)體法熱啟(qi)動(dong) Taq DNA 聚(ju)合酶(mei)是(shi)壹種(zhong)經(jing)過(guo)特殊(shu)修飾的(de) DNA 聚(ju)合酶(mei)。它(ta)使(shi)用單(dan)克(ke)隆抗體(ti)進(jin)行(xing)修飾，在(zai) 55℃以(yi)下時，抗(kang)體(ti)可(ke)以(yi)有(you)效地封(feng)閉 DNA 聚(ju)合酶(mei)的(de)活性，就(jiu)像(xiang)給酶(mei) “戴(dai)上了(le)枷鎖"，使(shi)其無(wu)法(fa)隨意工作(zuo)。而當溫(wen)度升高到壹(yi)定程(cheng)度(du)，抗體(ti)與(yu)酶(mei)發(fa)生不可(ke)逆(ni)解離，聚(ju)合酶(mei)就(jiu)會恢(hui)復活(huo)性，“枷鎖" 被解開(kai)，開(kai)始(shi)正常(chang)工作(zuo)。這(zhe)種(zhong)特性使(shi)得它(ta)能夠有(you)效避免低(di)溫(wen)下的非特異(yi)性擴(kuo)增(zeng)，大(da)大(da)提高了 PCR 等實(shi)驗的準(zhun)確(que)性和可(ke)靠(kao)性。

不同類型的(de) DNA 聚(ju)合酶(mei)（英(ying)文(wen)名(ming)稱）

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