DNA聚合酶

DNA 聚合酶是催化脫氧核糖核苷酸作為聚合酶合成 DNA 的酶。 DNA聚合酶在DNA復制中起關鍵作用。

聚合酶能夠使單個分子（單體）化學連接形成鏈（聚合物）。 在 DNA 聚合酶的情況下，形成的聚合物是脫氧核糖核酸 (DNA)；脫氧核糖核苷酸，更準確地說是脫氧核苷三磷酸 (dNTP)，用作單體。 DNA 依賴性 DNA 聚合酶總是使用已經存在的單鏈 DNA 作為模板（模板）來合成新的互補鏈，因此其核苷酸序列由模板決定。 DNA 序列的這種保存對于 DNA 聚合酶復制 DNA 中編碼的遺傳信息的能力至關重要。 模板的正確復制是通過內置核苷酸堿基與 DNA 模板堿基的互補堿基配對實現的，由氫鍵介導。 新的 DNA 鏈從 5' 端合成到 3' 端。 從化學角度來看，DNA 鏈的末端 3'-羥基對 dNTP 的 α-磷酸鹽發生親核攻擊，釋放出焦磷酸鹽。 該步驟由聚合酶催化。

與 RNA 聚合酶相反，DNA 聚合酶中互補 DNA 鏈的合成只有在聚合酶有一個游離的 3'-羥基末端可供使用時才能發生。 然后將xxx個核苷酸連接到此。 在聚合酶鏈式反應 (PCR) 中，大約 15-20 個核苷酸長的單鏈 DNA（引物）用于啟動反應。 DNA聚合酶通常需要鎂離子作為輔助因子。

雙酯鍵形成的催化作用在功能上類似于 RNA 聚合酶的相應反應。 已合成部分的最后一個核苷酸和要添加的核苷酸各自與聚合酶結構域催化中心的兩個鎂離子之一配位。 要添加的核苷酸的xxx個磷酸基團與兩個鎂離子配位。 空間位置允許先前核苷酸的羥基攻擊要添加的核苷酸的磷酸基團。 焦磷酸殘渣在這個過程中被分離出來。

許多聚合酶還具有其他酶功能。 在存在低濃度 dNTP 的情況下，去除核苷酸的 3'→5' 核酸外切酶活性占主導地位。 一些聚合酶還具有 5'→3' 核酸外切酶活性。 為了確保在讀取DNA模板時沒有錯誤，他們有這個校對功能，i。 也就是說，它們能夠識別不適當核苷酸的摻入，然后再次使用核酸外切酶活性將其從 DNA 中移除。 這允許在形成新鏈時分解已經與模板鏈配對的現有 DNA 或 RNA 鏈。 結果是舊鏈換成新鏈。 這種核酸外切酶活性用于切口平移法。

在大腸桿菌等細菌中，存在三種不同的 DNA 依賴性 DNA 聚合酶。

然而，由于其 5'→3' 核酸外切酶活性，它會導致復制過程中的引物降解。

這些突變體特別容易受到紫外線輻射和烷基化物質的影響，這就是為什么假設 DNA 聚合酶 I 主要承擔修復任務。 在大腸桿菌中進行實際復制的聚合酶 III 總共由七個亞基組成，每個細菌細胞僅出現很少的拷貝。

在哺乳動物中僅發現五種類型的 DNA：α、β、γ、δ 和 ε。 對復制至關重要的聚合酶 δ 和 ε 被認為具有高持續合成能力和校正能力標記閱讀功能（校對）。 相比之下，聚合酶 α 和 β 僅表現出低持續合成能力并且沒有校對功能。

此外，還有依賴于 RNA 的 DNA 聚合酶，它們使用 RNA 作為模板并將 dNTP 附加到它上面。 這些被稱為逆轉錄酶，其中包括端粒酶。 xxx已知的獨立 DNA 聚合酶是末端脫氧核糖核苷酸轉移酶。

古細菌中有溫度穩定的 DNA 聚合酶，也可用于 PCR。

以 3'→5' 進行加工的 DNA 聚合酶復合物尚不清楚。 沿著這個方向延伸 DNA 鏈需要水解先前連接的三磷酸核苷。

雖然這在原則上是可行的，但它會導致與附加校正功能（校對）有關的問題。 因為在核酸外切酶反應后，鏈的末端不會殘留三磷酸基團，只有一個簡單的磷酸基團，這會阻止鏈的進一步延伸。 以下假設的反應機制可以說明這一點：

DNA 聚合酶是 DNA 復制的核心。 它們能夠以 DNA 的形式忠實地復制遺傳信息，從而成為生物繁殖和繁殖的關鍵步驟。 DNA 聚合酶在與 DNA 修復相關的過程中也起著重要作用。