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DNA聚合酶(DNA ploymerase),全称为依赖于DNA的DNA聚合酶(DNA-dependent DNA polymerase,DNAP)或DNA依赖的DNA聚合酶(DNA-directed DNA polymerase)。此酶催化的反应需要引物、模板,合成方向为5’→3’,也需要Mg<sup>2+</sup>的参与。 == 分类 == 可根据同源性分为7类 {| class="wikitable" |- ! 类型 !! 例子 !! 注文 |- | A || 噬菌体:T7噬菌体DNA聚合酶<br>真核生物:DNA聚合酶γ<br>细菌:DNA聚合酶I || - |- | B || 真核生物:DNA聚合酶α、DNA聚合酶δ、DNA聚合酶ε<br>噬菌体:T4噬菌体DNA聚合酶、Φ29噬菌体DNA聚合酶|| 存在于细菌、古菌和真核中 |- | C || 细菌:DNA聚合酶III || 只存在于细菌中 |- | D || - || 只存在于古菌中,参与DNA复制与修复 |- | X || 真核生物:DNA聚合酶β、DNA聚合酶λ、DNA聚合酶μ || - |- | Y || 真核生物:DNA聚合酶η、DNA聚合酶ι、DNA聚合酶κ、DNA聚合酶Rev1<br>细菌:DNA聚合酶IV、DNA聚合酶V || - |- | RT || 反转录病毒:反转录酶<br/>真核生物:端粒酶 || 专指逆转录酶 |} == 细菌DNA聚合酶 == 现发现5种:I、II、III、IV、V === 比较 === {| class="wikitable" !性质 !DNA聚合酶I !DNA聚合酶II !DNA聚合酶III !DNA聚合酶IV !DNA聚合酶V |- |结构基因 |''polA'' |''polB''(''dinA'') |''polC''(''dnaE'')(编码α亚基) | - | - |- |相对分子质量/10<sup>3</sup> |103 |90 |130 | - | - |- |分子数/细胞 |400 |100 |10 | - | - |- |V<sub>max</sub>(参入的nt·s<sup>-1</sup>) |16-20 |2-5 |250-1000 | - | - |- |3'-外切酶活性 |√ |√ |√ | - | - |- |5'-外切酶活性 |√ |× |× | - | - |- |进行性/nt |3-200 |10000 |500000 | - | - |- |突变体表现型 |UV敏感、硫酸二甲酯敏感 | - |DNA复制温度敏感型 | - | - |- |生物功能 |DNA修复、RNA引物切除 |DNA修复 |染色体DNA复制 | colspan="2" |属易错DNA聚合酶,参与DNA修复合成、SOS修复中的跨损伤合成 |} === DNA聚合酶I === DNA聚合酶I于1957年首次分离,又称Kornberg酶,具有5'→3'聚合酶活性(换上正确之碱基)、5'外切酶活性(切除5'端引物)、3'外切酶活性(自我校对用)。此酶可被枯草杆菌蛋白酶和胰蛋白酶分为2部分:'''大片段'''-''Klenow片段''或称''Klenow酶'','''小结构域'''-3'外切酶活性,'''大结构域'''-5'→3'聚合酶活性;'''小片段'''-5'外切酶活性。Klenow酶的外形似右手,L-P螺旋(手指)和H-I螺(拇指)旋间有与单链DNA模板结合之位点,宽2.2nm,长3nm,适合结合B-DNA,外切酶活性位于“掌心”处。此酶用于切除3'端复制错配的碱基,并重新合成正确之配对。 === DNA聚合酶II === DNA聚合酶II有5'→3'聚合酶活性和3'外切酶活性,无5'外切酶活性。参与DNA损伤修复。 === DNA聚合酶III === DNA聚合酶III有5'→3'聚合酶活性和3'外切酶活性,分属于不同亚基,无5'外切酶活性。 {|class="wikitable" |+聚合酶III ! colspan="3" |亚基 !功能 |- | rowspan="4" |polIII' | rowspan="3" |核心酶 |α |5'→3'聚合酶活性 |- |ε |3'-外切酶活性 |- |θ |α和ε的装配 |- | colspan="2" |τ |将全酶装配到DNA |- | colspan="3" |β |滑动钳(进行性因子) |- | colspan="3" |γ |钳载复合物,有ATP酶活性,帮助装载 |- | colspan="3" |δ |钳载复合物与β亚基结合,打开钳子 |- | colspan="3" |δ' |钳载复合物,安装钳子 |- | colspan="3" |χ |钳载复合物,与SSB相互作用 |- | colspan="3" |ψ |钳载复合物,与γ和χ互作 |} 此酶的Vmax更接近体内的实际值,酶量适中,高度进行性。该酶对温度比较敏感。全酶由3部分构成,'''核心酶'''(可催化DNA复制)、'''滑动钳'''(松散夹住DNA模板,自由地向前滑动,外径8nm,内径3.5nm)、'''钳载复合物'''(可耗ATP打开钳子)。 === DNA聚合酶IV === 合成任性,不按照碱基互补配对规律,为易错DNA聚合酶,参与DNA修复合成,尤其是SOS修复过程中的跨损伤合成。 === DNA聚合酶V === 合成任性,不按照碱基互补配对规律,为易错DNA聚合酶,参与DNA修复合成,尤其是SOS修复过程中的跨损伤合成。 == 真核DNA聚合酶 == === 比较 === {| class="wikitable" !性质 !DNA聚合酶α(I) !DNA聚合酶β(IV) !DNA聚合酶γ(M) !DNA聚合酶δ(III) !DNA聚合酶ε(II) |- |亚细胞定位 |细胞核 |细胞核 |线粒体基质 |细胞核 |细胞核 |- |引发酶(引物合成酶)活性 |有 |无 |无 |无 |无 |- |亚基数目 |4 |1 |4 |2 |≥4 |- |内在进行性 |中等 |低 |高 |低 |高 |- |内在进行性 |中等 |低 |高 |高 |高 |- |3'-外切酶活性 |× |× |√ |√ |√ |- |5'-外切酶活性 |× |× |× |× |× |- |抑制剂 |蚜肠霉素 |ddTTP |ddTTP |蚜肠霉素 |蚜肠霉素 |- |生物功能 |引物合成 |修复 |线粒体DNA复制和修复 |核DNA复制和修复 |核DNA复制和修复 |- |colspan="6" |注:括号内罗马数字和字母为酵母中的DNA聚合酶 |} === 分类 === 有15种真核DNA聚合酶,例如DNA聚合酶α、β、γ、δ、ε、θ、ζ、η、κ、ι、μ、λ、ψ、ξ等。前五种为较早发现的DNA聚合酶,后几种中除θ外都是随意的DNA聚合酶,无校对活性(类似DNA聚合酶IV、V),主要参与DNA修复过程中的跨损伤合成。 === 参与核基因组DNA复制的聚合酶 === DNA聚合酶α:有引发酶活性,首先与复制起始区结合,先形成短的RNA引物,再合成20-30nt的DNA片段 DNA聚合酶δ:当DNA聚合酶α合成20-30nt的DNA片段之后,取代DNA聚合酶α作用,仅参与后随链之复制。 DNA聚合酶ε:当DNA聚合酶α合成20-30nt的DNA片段之后,取代DNA聚合酶α作用,参与前导链的复制和DNA损伤的修复 === 3'-外切酶活性 === DNA聚合酶α:无3'-外切酶活性,但DNA复制时复制蛋白A(replication protein A,RPA)会与之互作,稳定与引物末端的结合,消除其无忠实性的不利影响 DNA聚合酶δ与ε:有3'-外切酶活性,有校对能力 === 分裂细胞抗原(PCNA) === 分裂细胞抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)为DNA聚合酶δ的辅助蛋白,功能相当于DNA聚合酶III的β亚基,在复制因子C(replication factor A,RFC)协助下,3个PCNA形成滑动钳,使DNA聚合酶δ之进行性大幅提升,PCNA还可协助DNA聚合酶ε与DNA模板结合,招募染色体重塑和DNA损伤修复的相关蛋白。 == 古菌DNA聚合酶 == 古菌有两类DNA聚合酶 === 古菌的B类DNA聚合酶 === 和真核生物的DNA聚合酶δ和ε类似,含3个PCNA亚基构成的滑动钳结构,但是是异源三聚体,内含更多的带电荷氨基酸残基,从而在极端环境下稳定其结构。 === 古菌的D类DNA聚合酶 === 一般只存在于广古菌(''Euryarchaeota'')中,如极端嗜热菌(''Pyrococcus furiosus'')的''Pfu'' DNA聚合酶(用以代替缺乏3'-外切酶活性的''Taq'' DNA聚合酶用于高保真PCR)
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