DNA聚合酶：修订间差异

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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。
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 ==
==分类==
 
===家族分类===
可根据同源性分为7类
可根据同源性分为7类
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|-
|-
! 类型 !! 例子 !! 注文
!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 || -
|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
|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
|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
|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 || -
|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 || -
|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
|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 ==
 
===性质比较===
{| class="wikitable"
! rowspan="2" |家族
! rowspan="2" |例子
! colspan="3" |基因
! rowspan="2" |分子量（kDa）
! rowspan="2" |3'-外切酶活性
! rowspan="2" |注文
|-
!E.coli
!酵母
!人
|-
| rowspan="4" |A
|DNA聚合酶I
|''pol A''
| -
| -
|103
| +
|5'-外切酶活性
|-
|DNA聚合酶γ
| -
|''MIP1''
|''POLG''
|140
| +
|dRP裂解酶活性
|-
|DNA聚合酶θ
| -
| -
|''POLQ''
|290
| -
|ATPase、解旋酶活性
|-
|DNA聚合酶υ
| -
| -
|''POLN''
|100
| -
|
|-
| rowspan="5" |B
|DNA聚合酶II
|''pol B''
| -
| -
|89
| +
|
|-
|DNA聚合酶α
| -
|''POL1''(''CDC17'')
|''POLA''
|165
| -
|引物酶活性
|-
|DNA聚合酶β
| -
|''POL3''(''CDC3'')
|''POLD1''
|125
| +
|
|-
|DNA聚合酶ε
| -
|''POL2''
|''POLE''
|225
| +
|
|-
|DNA聚合酶ζ
| -
|''REV3''
|''POLZ'' (''REV3'')
|353
| -
|
|-
|C
|DNA聚合酶III
|''dna E''
| -
| -
|130
|分离的亚基具有活性
|见下文
|-
| rowspan="5" |X
|DNA聚合酶β
| -
| -
|''POLB''
|39
| -
|dRP裂解酶、AP裂解酶活性
|-
|DNA聚合酶λ
| -
|''POL4''(''POLX'')
|''POLL''
|66
| -
|dRP裂解酶、末端脱氧核苷酸转移酶活性
|-
|DNA聚合酶μ
| -
| -
|''POLM''
|55
| -
|末端脱氧核苷酸转移酶
|-
|末端脱氧核苷酸转移酶
| -
| -
|''TdT''
|56
| -
|
|-
|DNA聚合酶σ
| -
|''TRF4''
|''POLS''(''TRF4-1'')
|60
| -
|
|-
| rowspan="6" |Y
|DNA聚合酶IV
|
| -
| -
|40
| -
|
|-
|DNA聚合酶V
|
| -
| -
|46
| -
|
|-
|DNA聚合酶η
| -
|''RAD30''
|''POLH''(''RAD30A'', ''XPV'')
|78
| -
|
|-
|DNA聚合酶ι
| -
| -
|''POLI''(''RAD30B'')
|80
| -
|dRP裂解酶活性
|-
|DNA聚合酶κ
| -
| -
|''POLK''(''DINB'')
|76
| -
|
|-
|DNA聚合酶Rev1
| -
|''REV1''
|''REV1''
|138
| -
|
|}
<ref>Katarzyna Bebenek,Thomas A.Kunkel(2004)Advances in Protein Chemistry Volume 69, 2004, Page 138</ref>
 
==细菌DNA聚合酶==
现发现5种：I、II、III、IV、V
现发现5种：I、II、III、IV、V
=== 比较 ===
===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）
|''din B''
|''umu C''
|-
|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="4" |亚基
!功能
|-
| colspan="2" 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
|-
|滑动钳
（进行性因子）
| colspan="3" |β
|松散夹住DNA模板，自由地向前滑动
外径8nm，内径3.5nm
|-
| rowspan="5" |钳载复合物
| colspan="3" |γ
|ATP酶活性，帮助装载
|-
| colspan="3" |δ
|与β亚基结合，打开钳子
|-
| colspan="3" |δ'
|安装钳子
|-
| colspan="3" |χ
|与SSB相互作用
|-
| colspan="3" |ψ
|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）
<ref>朱圣庚，徐长法.2016.生物化学（下册）.4版.北京：高等教育出版社</ref><ref>杨荣武.2018.生物化学原理.3版.北京：高等教育出版社</ref>
[[Category:生物]]
[[Category:分子生物学]]
<references />

2023年5月8日 (一) 18:39的最新版本

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Mg2+的参与。

分类

家族分类

可根据同源性分为7类

类型 例子 注文
A 噬菌体：T7噬菌体DNA聚合酶
真核生物：DNA聚合酶γ
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
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
细菌：DNA聚合酶IV、DNA聚合酶V		 -
RT 反转录病毒：反转录酶
真核生物：端粒酶		 专指逆转录酶

性质比较

家族 例子 基因 分子量（kDa） 3'-外切酶活性 注文
E.coli 酵母 人
A DNA聚合酶I pol A - - 103 + 5'-外切酶活性
DNA聚合酶γ - MIP1 POLG 140 + dRP裂解酶活性
DNA聚合酶θ - - POLQ 290 - ATPase、解旋酶活性
DNA聚合酶υ - - POLN 100 -
B DNA聚合酶II pol B - - 89 +
DNA聚合酶α - POL1(CDC17) POLA 165 - 引物酶活性
DNA聚合酶β - POL3(CDC3) POLD1 125 +
DNA聚合酶ε - POL2 POLE 225 +
DNA聚合酶ζ - REV3 POLZ (REV3) 353 -
C DNA聚合酶III dna E - - 130 分离的亚基具有活性 见下文
X DNA聚合酶β - - POLB 39 - dRP裂解酶、AP裂解酶活性
DNA聚合酶λ - POL4(POLX) POLL 66 - dRP裂解酶、末端脱氧核苷酸转移酶活性
DNA聚合酶μ - - POLM 55 - 末端脱氧核苷酸转移酶
末端脱氧核苷酸转移酶 - - TdT 56 -
DNA聚合酶σ - TRF4 POLS(TRF4-1) 60 -
Y DNA聚合酶IV - - 40 -
DNA聚合酶V - - 46 -
DNA聚合酶η - RAD30 POLH(RAD30A, XPV) 78 -
DNA聚合酶ι - - POLI(RAD30B) 80 - dRP裂解酶活性
DNA聚合酶κ - - POLK(DINB) 76 -
DNA聚合酶Rev1 - REV1 REV1 138 -

[1]

细菌DNA聚合酶

现发现5种：I、II、III、IV、V

比较

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） din B umu C
相对分子质量/103 103 90 130 - -
分子数/细胞 400 100 10 - -
Vmax（参入的nt·s-1） 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 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。
聚合酶III
亚基 功能
polIII' 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
τ 将全酶装配到DNA
滑动钳

（进行性因子）

β 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 γ ATP酶活性，帮助装载
δ 与β亚基结合，打开钳子
δ' 安装钳子
χ 与SSB相互作用
ψ 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

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
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）

[2][3]

  1. ↑ Katarzyna Bebenek,Thomas A.Kunkel(2004)Advances in Protein Chemistry Volume 69, 2004, Page 138
  2. ↑ 朱圣庚，徐长法.2016.生物化学（下册）.4版.北京：高等教育出版社
  3. ↑ 杨荣武.2018.生物化学原理.3版.北京：高等教育出版社
取自“https://osm.bio/index.php?title=DNA聚合酶&oldid=735”