原核細胞有3種DNA聚合酶，都與DNA鏈的延長有關(guān)。DNA聚合酶I是單鏈多肽，可催化單鏈或雙鏈DNA 的延長；DNA聚合酶II則與低分子脫氧核苷酸鏈的延長有關(guān)；DNA聚合酶III在細胞中存在的數(shù)目不多，是促進DNA鏈延長的主要酶。功能

[1]聚合作用:在引物RNA'-OH末端，以dNTP為底物，按模板DNA上的指令由DNApolⅠ逐個將核苷酸加上去，就是DNApolⅠ的聚合作用。酶的專一性主要表現(xiàn)為新進入的脫氧核苷酸必須與模板DNA配對時才有催化作用。dNTP進入結(jié)合位點后，可能使酶的構(gòu)象發(fā)生變化，促進3'-OH與5'-PO4結(jié)合生成磷酸二酯鍵。若是錯誤的核苷酸進入結(jié)合位點，則不能與模板配對，無法改變酶的構(gòu)象而被3'-5'外切酶活性位點所識別并切除之。

[2]3'→5'外切酶活性——校對作用:這種酶活性的主要功能是從3'→5'方向識別和切除不配對的DNA生長鏈末端的核苷酸。當反應體系中沒有反應底物dNTP時，由于沒有聚合作用而出現(xiàn)暫時的游離現(xiàn)象，從而被3'→5'外切酶活性所降解。如果提高反應體系的溫度可以促進這種作用，這表明溫度升高使DNA生長鏈3'末端與模板發(fā)生分離的機會更多，因而降解作用加強。當向反應體系加入dNTP，而且只加放與模板互補的上述核苷酸才會使這種外切酶活性受到抑制，并繼續(xù)進行DNA的合成。由此推論，3'→5'外切酶活性的主要功能是校對作用，當加入的核苷酸與模板不互補而游離時則被3'→5'外切酶切除，以便重新在這個位置上聚合對應的核苷酸。在某些T4噬菌體突變株中DNA復制的真實性降低，而易發(fā)生突變，從此突變株分離得到的T4DNA聚合酶的3'→5'外切酶活性很低。相反，另外一些具有抗突變能力的T4突變株中的T4DNA聚合酶的3'→5'外切酶活性比野生型高得多，因此，其DNA復制真實性好，變異率低。可見，3'→5'外切酶活性對DNA復制真實性的維持是十分重要的。

[3]5'→3'外切酶活性——切除修復作用:5'→3'外切酶活性就是從5'→3'方向水解DNA生長鏈前方的DNA鏈，主要產(chǎn)生5'-脫氧核苷酸。這種酶活性只對DNA上配對部份(雙鏈)磷酸二酯鍵有切割活力作用，方向是5'→3'。每次能切除10個核苷酸，而且DNA的聚合作用能刺激5'→3'外切酶活力達10倍以上。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起著重要作用。對岡崎片段5'末端RNA引物的去除依賴此種外切酶活性。

[4]焦磷酸解作用:DNApolⅠ的這種活性可以催化3'末端焦磷酸解DNA分子。這種作用就是無機焦磷酸分解DNA生長鏈，可以認為是DNA聚合作用的逆反應，而且這種水解DNA鏈作用需要有模板DNA的存在。(dNMP)n+XPPi←(dNMP)n-x+X(dNPPP)→DNA

[5]焦磷酸交換作用:催化dNTP末端的PPi同無機焦磷酸的交換反應。反應式為32P32Pi+dNPPP←dNP32P32P+PPi→DNA

最后兩種作用，都要求有較高濃度的PPi，因此，在體內(nèi)由于沒有足夠高的PPi而無重要意義。

DNApolⅠ的DNA聚合酶活性和5'→3'外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA鏈上的切口向前推進，即沒有新的DNA合成，只有核苷酸的交換。這種反應叫缺口平移(Nick translation)。當雙鏈DNA上某個磷酸二酯鍵斷裂產(chǎn)生切口時，DNApoIⅠ能從切口開始合成新的NDA鏈，同時切除原來的舊鏈。這樣，從切口開始合成了一條與被取代的舊鏈完全相同的新鏈。如果新?lián)饺氲拿撗鹾塑账崛姿釣棣?32P-dNTP，則重新合成的新鏈即為帶有同位素標記的DNA分子，可以用作探針進行分子雜交實驗。

盡管DNApolⅠ是第一個被鑒定的DNA聚合酶，但它不是在腸桿菌中DNA復制的主要聚合酶。主要證據(jù)如下:[1]純化的DNApolⅠ催化dNTP摻入的速率為667堿基/分，而體內(nèi)DNA合成速率要比此高二倍數(shù)量級;[2]大腸桿菌的一個突變株中，此酶的活力正常，但染色體DNA復制不正常;[3]而在另一些突變株中，DNApolⅠ的活力中只是野生型的1%，但是DNA復制卻正常，而且此突變株增加了對紫外線、烷化劑等突變因素的敏感性。這表明該酶與DNA復制關(guān)系不大，而在DNA修復中起著重要的作用。

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2010-01-02

真核細胞有bai5種DNA聚合酶，分別為duDNA聚合酶α（定位于胞核，參zhi與復制引發(fā)具5－3外切酶活性），βdao（定位于核內(nèi)，參與修復，具5－3外切酶活性），γ（定位于線粒體，參與線粒體復制具5－3和3－5外切活性），δ（定位核，參與復制，具有3－5和5－3外切活性），ε（定位于核，參與損傷修復，具有3－5和5－3外切活性）。

原核細胞有3種DNA聚合酶，都與DNA鏈的延長有關(guān)。DNA聚合酶I是單鏈多肽，可催化單鏈或雙鏈DNA 的延長；DNA聚合酶II則與低分子脫氧核苷酸鏈的延長有關(guān)；DNA聚合酶III在細胞中存在的數(shù)目不多，是促進DNA鏈延長的主要酶。

[1]聚合作用:在引物RNA'-OH末端，以dNTP為底物，按模板DNA上的指令由DNApolⅠ逐個將核苷酸加上去，就是DNApolⅠ的聚合作用。酶的專一性主要表現(xiàn)為新進入的脫氧核苷酸必須與模板DNA配對時才有催化作用。dNTP進入結(jié)合位點后，可能使酶的構(gòu)象發(fā)生變化，促進3'-OH與5'-PO4結(jié)合生成磷酸二酯鍵。若是錯誤的核苷酸進入結(jié)合位點，則不能與模板配對，無法改變酶的構(gòu)象而被3'-5'外切酶活性位點所識別并切除之。

[2]3'→5'外切酶活性——校對作用:這種酶活性的主要功能是從3'→5'方向識別和切除不配對的DNA生長鏈末端的核苷酸。當反應體系中沒有反應底物dNTP時，由于沒有聚合作用而出現(xiàn)暫時的游離現(xiàn)象，從而被3'→5'外切酶活性所降解。如果提高反應體系的溫度可以促進這種作用，這表明溫度升高使DNA生長鏈3'末端與模板發(fā)生分離的機會更多，因而降解作用加強。當向反應體系加入dNTP，而且只加放與模板互補的上述核苷酸才會使這種外切酶活性受到抑制，并繼續(xù)進行DNA的合成。由此推論，3'→5'外切酶活性的主要功能是校對作用，當加入的核苷酸與模板不互補而游離時則被3'→5'外切酶切除，以便重新在這個位置上聚合對應的核苷酸。在某些T4噬菌體突變株中DNA復制的真實性降低，而易發(fā)生突變，從此突變株分離得到的T4DNA聚合酶的3'→5'外切酶活性很低。相反，另外一些具有抗突變能力的T4突變株中的T4DNA聚合酶的3'→5'外切酶活性比野生型高得多，因此，其DNA復制真實性好，變異率低。可見，3'→5'外切酶活性對DNA復制真實性的維持是十分重要的。

[3]5'→3'外切酶活性——切除修復作用:5'→3'外切酶活性就是從5'→3'方向水解DNA生長鏈前方的DNA鏈，主要產(chǎn)生5'-脫氧核苷酸。這種酶活性只對DNA上配對部份(雙鏈)磷酸二酯鍵有切割活力作用，方向是5'→3'。每次能切除10個核苷酸，而且DNA的聚合作用能刺激5'→3'外切酶活力達10倍以上。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起著重要作用。對岡崎片段5'末端RNA引物的去除依賴此種外切酶活性。

[4]焦磷酸解作用:DNApolⅠ的這種活性可以催化3'末端焦磷酸解DNA分子。這種作用就是無機焦磷酸分解DNA生長鏈，可以認為是DNA聚合作用的逆反應，而且這種水解DNA鏈作用需要有模板DNA的存在。(dNMP)n+XPPi←(dNMP)n-x+X(dNPPP)→DNA

[5]焦磷酸交換作用:催化dNTP末端的PPi同無機焦磷酸的交換反應。反應式為32P32Pi+dNPPP←dNP32P32P+PPi→DNA

最后兩種作用，都要求有較高濃度的PPi，因此，在體內(nèi)由于沒有足夠高的PPi而無重要意義。

DNApolⅠ的DNA聚合酶活性和5'→3'外切酶活性協(xié)同作用，可以使DNA鏈上的切口向前推進，即沒有新的DNA合成，只有核苷酸的交換。這種反應叫缺口平移(Nick translation)。當雙鏈DNA上某個磷酸二酯鍵斷裂產(chǎn)生切口時，DNApoIⅠ能從切口開始合成新的NDA鏈，同時切除原來的舊鏈。這樣，從切口開始合成了一條與被取代的舊鏈完全相同的新鏈。如果新?lián)饺氲拿撗鹾塑账崛姿釣棣?32P-dNTP，則重新合成的新鏈即為帶有同位素標記的DNA分子，可以用作探針進行分子雜交實驗。

盡管DNApolⅠ是第一個被鑒定的DNA聚合酶，但它不是在腸桿菌中DNA復制的主要聚合酶。主要證據(jù)如下:[1]純化的DNApolⅠ催化dNTP摻入的速率為667堿基/分，而體內(nèi)DNA合成速率要比此高二倍數(shù)量級;[2]大腸桿菌的一個突變株中，此酶的活力正常，但染色體DNA復制不正常;[3]而在另一些突變株中，DNApolⅠ的活力中只是野生型的1%，但是DNA復制卻正常，而且此突變株增加了對紫外線、烷化劑等突變因素的敏感性。這表明該酶與DNA復制關(guān)系不大，而在DNA修復中起著重要的作用。

[編輯本段]大腸桿菌DNA聚合酶

1、大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ(DNApolymeraseⅠ，DNApolⅠ)這是1956年由ArthurKornberg首先發(fā)現(xiàn)的DNA聚合酶，又稱Kornber酶。此酶研究得清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特點。

(1)理化性質(zhì)：純化的DNApolⅠ由一條多肽鏈組成，約含1000個氨基酸殘基，MW為109KD。分子含有一個二硫鍵和一個-SH基。通過二個酶分子上的-SH基與Hg2+結(jié)合產(chǎn)生二聚體，仍有活性。每個酶分子中含有一個Zn2+，在DNA聚合反應起著很重要的作用。每個大腸桿菌細胞中含有約400個分子，每個分子每分鐘在37℃下能催化667個核苷酸摻入正在生長的DNA鏈。經(jīng)過枯草桿菌蛋白酶處理后，酶分子分裂成兩個片段，大片段分子量為76KD，通常稱為Klenow片段，小片段的分子量為34KD。此酶的模板專一性和底物專一性均較差，它可以用人工合成的RNA作為模板，也可以用核苷酸為底物。在無模板和引物時還可以從頭合成同聚物或異聚物。

DNAPolⅠ在空間結(jié)構(gòu)上近似球體，直徑約65A。在酶的縱軸上有一個約20A的深溝(cleft)，帶有正電荷，這是該酶的活性中心位置，在此位置上至少有6個結(jié)合位點:[1]模板DNA結(jié)合位點;[2]DNA生長鏈或引物結(jié)合位點;[3]引物末端結(jié)合位點，用以專一引物或DNA生長鏈的3'-OH;[4]脫氧核苷三磷酸結(jié)合位點;[5]5'→3'外切酶活性位點，用以結(jié)合生長鏈前方的5'-端脫氧核苷酸并切除之;[6]3'→5'外切酶活性位點，用以結(jié)合和切除生長鏈上未配對的3'-端核苷酸。

2、大腸桿菌DNA聚合酶Ⅱ(DNApolⅡ)：DNA聚合酶Ⅰ缺陷的突變株仍能生存，這表明DNApolⅠ不是DNA復制的主要聚合酶。人們開始尋找另外的DNA聚合酶，并于1970年發(fā)現(xiàn)了DNApolⅡ。此酶MW為120KD，每個細胞內(nèi)約有100個酶分子，但活性只有DNApolⅠ的5%。該酶的催化特性如下：

(1)聚合作用:該酶催化DNA的聚合，但是對模板有特殊的要求。該酶的最適模板是雙鏈DNA而中間有空隙(gap)的單鏈DNA部份，而且該單鏈空隙部份不長于100個核苷酸。對于較長的單鏈DNA模板區(qū)該酶的聚合活性很低。但是用單鏈結(jié)合蛋白(SSBP)可以提高其聚合速率，可達原來的50-100倍。

(2)該酶也具有3'→5'外切酶活性，但無5'→3'外切酶活性。

(3)該酶對作用底物的選擇性較強，一般只能將2-脫氧核苷酸摻入到DNA鏈中。

(4)該酶不是復制的主要聚合酶，因為此酶缺陷的大腸桿菌突變株的DNA復制都正常?？赡茉贒NA的損傷修復中該酶起到一定的作用。

3、大腸桿菌DNA聚合酶Ⅲ(DNApolⅢ)：DNA pol Ⅲ全酶由多種亞基組成(見下表)，而且容易分解。大腸桿菌每個細胞中只有10-20個酶分子，因此不易獲得純品，為研究該酶的各種性質(zhì)和功能帶來了許多困難。直到不久前，才對其性質(zhì)和功能有所了解，但每個亞基的具體作用扔不十分清楚。盡管該酶在細胞內(nèi)存在的數(shù)量較少，但催化脫氧核苷酸摻入DNA鏈的速率分別是DNA聚合酶Ⅱ的15倍和30倍。該酶對模板的要求與DNA聚合酶Ⅱ相同，最適模板也是鏈DNA中間有空隙的單鏈DNA，單鏈結(jié)合蛋白可以提高該酶催化單鏈DNA模板的DNA聚合作用。DNApolⅢ也有3'→5'和5'→3'外切酶活性，但是3'→5'外切酶活性的最適底物是單鏈是DNA，只產(chǎn)生5'-單核苷酸，不會產(chǎn)生二核苷酸，即每次只能從3'端開始切除一個核苷酸。5'→3'外切酶活性也要求有單鏈DNA為起始作用底物，但一旦開始后，便可作用于雙鏈區(qū)。DNA聚合酶Ⅲ是細胞內(nèi)DNA復制所必需的酶，缺乏該酶的溫度突變株在限制溫度(non permissive temperature)內(nèi)是不能生長的，此種突變株的裂解液也不能合DNA，但加入DNA聚合酶Ⅲ則可以恢復其合成DNA的能力。