DNA聚合酶

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	-

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
β			滑动钳（进行性因子）
γ			钳载复合物，有ATP酶活性，帮助装载
δ			钳载复合物，与β亚基结合，打开钳子
δ'			钳载复合物，安装钳子
χ			钳载复合物，与SSB相互作用
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

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）