DNA聚合酶

DNA 聚合酶是催化脱氧核糖核苷酸作为聚合酶合成 DNA 的酶。 DNA聚合酶在DNA复制中起关键作用。

聚合酶能够使单个分子（单体）化学连接形成链（聚合物）。 在 DNA 聚合酶的情况下，形成的聚合物是脱氧核糖核酸 (DNA)；脱氧核糖核苷酸，更准确地说是脱氧核苷三磷酸 (dNTP)，用作单体。 DNA 依赖性 DNA 聚合酶总是使用已经存在的单链 DNA 作为模板（模板）来合成新的互补链，因此其核苷酸序列由模板决定。 DNA 序列的这种保存对于 DNA 聚合酶复制 DNA 中编码的遗传信息的能力至关重要。 模板的正确复制是通过内置核苷酸碱基与 DNA 模板碱基的互补碱基配对实现的，由氢键介导。 新的 DNA 链从 5' 端合成到 3' 端。 从化学角度来看，DNA 链的末端 3'-羟基对 dNTP 的 α-磷酸盐发生亲核攻击，释放出焦磷酸盐。 该步骤由聚合酶催化。

与 RNA 聚合酶相反，DNA 聚合酶中互补 DNA 链的合成只有在聚合酶有一个游离的 3'-羟基末端可供使用时才能发生。 然后将xxx个核苷酸连接到此。 在聚合酶链式反应 (PCR) 中，大约 15-20 个核苷酸长的单链 DNA（引物）用于启动反应。 DNA聚合酶通常需要镁离子作为辅助因子。

双酯键形成的催化作用在功能上类似于 RNA 聚合酶的相应反应。 已合成部分的最后一个核苷酸和要添加的核苷酸各自与聚合酶结构域催化中心的两个镁离子之一配位。 要添加的核苷酸的xxx个磷酸基团与两个镁离子配位。 空间位置允许先前核苷酸的羟基攻击要添加的核苷酸的磷酸基团。 焦磷酸残渣在这个过程中被分离出来。

许多聚合酶还具有其他酶功能。 在存在低浓度 dNTP 的情况下，去除核苷酸的 3'→5' 核酸外切酶活性占主导地位。 一些聚合酶还具有 5'→3' 核酸外切酶活性。 为了确保在读取DNA模板时没有错误，他们有这个校对功能，i。 也就是说，它们能够识别不适当核苷酸的掺入，然后再次使用核酸外切酶活性将其从 DNA 中移除。 这允许在形成新链时分解已经与模板链配对的现有 DNA 或 RNA 链。 结果是旧链换成新链。 这种核酸外切酶活性用于切口平移法。

在大肠杆菌等细菌中，存在三种不同的 DNA 依赖性 DNA 聚合酶。

然而，由于其 5'→3' 核酸外切酶活性，它会导致复制过程中的引物降解。

这些突变体特别容易受到紫外线辐射和烷基化物质的影响，这就是为什么假设 DNA 聚合酶 I 主要承担修复任务。 在大肠杆菌中进行实际复制的聚合酶 III 总共由七个亚基组成，每个细菌细胞仅出现很少的拷贝。

在哺乳动物中仅发现五种类型的 DNA：α、β、γ、δ 和 ε。 对复制至关重要的聚合酶 δ 和 ε 被认为具有高持续合成能力和校正能力标记阅读功能（校对）。 相比之下，聚合酶 α 和 β 仅表现出低持续合成能力并且没有校对功能。

此外，还有依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶，它们使用 RNA 作为模板并将 dNTP 附加到它上面。 这些被称为逆转录酶，其中包括端粒酶。 xxx已知的独立 DNA 聚合酶是末端脱氧核糖核苷酸转移酶。

古细菌中有温度稳定的 DNA 聚合酶，也可用于 PCR。

以 3'→5' 进行加工的 DNA 聚合酶复合物尚不清楚。 沿着这个方向延伸 DNA 链需要水解先前连接的三磷酸核苷。

虽然这在原则上是可行的，但它会导致与附加校正功能（校对）有关的问题。 因为在核酸外切酶反应后，链的末端不会残留三磷酸基团，只有一个简单的磷酸基团，这会阻止链的进一步延伸。 以下假设的反应机制可以说明这一点：

DNA 聚合酶是 DNA 复制的核心。 它们能够以 DNA 的形式忠实地复制遗传信息，从而成为生物繁殖和繁殖的关键步骤。 DNA 聚合酶在与 DNA 修复相关的过程中也起着重要作用。