DNA的聚合反應和DNA聚合酶
1957年，Arthur kornberg首次在大腸桿菌中發現DNA聚合酶Ⅰ，(DNa polymerase Ⅰ,簡寫DNA polⅠ)后來又相繼發現了DNA聚合酶Ⅱ和DNA聚合酶Ⅲ。(DNa polymerase Ⅱ，Ⅲ，簡寫DNA polⅡ,DNA polⅢ)實驗證明大腸桿菌中DNA復制的主要過程靠DNa polⅢ起作用，而DNA polⅠ和DNA polⅡ在DNA錯配的校正和修復中起作用。
這種酶的共同性質是：
①需要DNA模板，因此這類酶又稱為依賴DNA的DNA聚合酶(DNa dependent DNA polymerase, DDDP)。
②需要RNA或DNA做為引物(primer)，即DNA聚合酶不能從頭催化DNA的起始。
③催化dNTP加到引物的3′H末端，因而DNA合成的方向是5′→3′。
④三種DNA聚合酶都屬于多功能酶，它們在DNA復制和修復過程的不同階段發揮作用。由于DNA聚合酶Ⅰ是研究得最清楚而且代表了其他DNA聚合酶的基本特點，所以我們著重介紹DNa polⅠ的作用并指出另外二種DNA pol的特殊性：
1.DNA聚合酶Ⅰ：
DNA polⅠ是由一條多肽鏈組成，分子量為109KD。酶分子中含有一個Zn++，是聚合活性必須的。
大腸桿菌每個細胞中約有400個酶分子，每個酶分子每分鐘在37℃下能催化667個核苷酸參入到DNA鏈中，用枯草桿菌蛋白酶可將此酶水介成兩個片段，大片段分子量為76KD，通常稱為klenow片段，小片段為34KD。大小片段具有不同的酶活性。
(1)DNA聚合酶的5′→3′聚合活性：
這是DNA聚合酶最主要的活性，按模板DNA上的核苷酸順序，將互補的dNTP逐個加到引物RNA3′H末端，并促進3′H與dNTP的5′O4形成磷酸二酯鍵，酶的專一性表現為新進入的dNTP必須與模板DNA堿基配對時才有催化作用，5′→3′聚合活性存在于klenow片段上。
(2)DNA聚合酶的3′→5′外切核酸酶活性：
這種酶活性的主要功能是從3′→5′方向識別并切除DNA生長鏈末端與模板DNA不配對而游離的核苷酸，這種功能稱為校對功能，這是保證其聚合作用的正確性不可缺少的，因此對于DNA復制中極高的保真性是至關重要的。
(3)DNA聚合酶的5′→3′外切核酸酶活性：
這種酶活性是從DNA鏈的5′端向3′末端水解已配對的核苷酸，本質是切斷磷酸二酯鍵，每次能切除10個核苷酸。因此，這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起重要作用，對完成的DNA片段去除5′端的RNA引物也是必須的。
DNA polⅠ的5′→3′聚合活性和5′→3′外切酶活性協同作用，可以使DNA一條鏈上的切口從5′→3′方向移動，這種反應叫做缺刻平移(nick translation)，利用此反應可在體外對DNA片段進行放射性磷(α-32PdNTP)的標記制成探針(probe)，進行核酸的分子雜交實驗，是現代分子生物學的一項重要技術。
許多實驗證實DNA polⅠ并不是DNA復制過程中的主要酶，它的作用主要與DNA損傷后的修復有關。
2.DNA聚合酶Ⅱ(DNA polⅡ)
此酶分子量為120KD，每個細胞約有100個酶分子，但活性只有DNa polⅠ的5%，它具有5′→3′聚合活性和3′→5′外切活性，而沒有5′→3′外切活性，它的作用可能與DNA損傷修復有關。
3.DNA聚合酶Ⅲ(DNA polⅢ)
這是在DNA復制過程中起主要作用的聚合酶，它是由一個多亞基組成的蛋白質分子，其分子量＞600kDa整個酶分子形成一個不對稱的二聚體，每個大腸桿菌細胞中只有10?0個酶分子，但催化dNTP參入DNA鏈的速率卻是最快的，約為9000核苷酸/每分鐘/每個酶分子。
這也證明DNa polⅢ是DNA復制過程中主要發揮作用的酶。在大腸桿菌染色體DNA進行復制時，DNA聚合酶Ⅲ全酶并不是單獨起作用的，而是與引發體，介鏈酶等構成一個復制體(replisome)。由于復制體的存在，先導鏈和隨從鏈可以同時復制。
DNa polⅢ是由多亞基組成的不對稱二聚體，它可能同時負責先導鏈和隨從鏈的復制，在φ×174的復制中觀察到引發體總是伴隨著DNA嚕噗(loop)的存在。
可以看到，由于隨從鏈的模板DNA在DNA聚合酶Ⅲ全酶上繞轉了180°而形成一個嚕噗，因此崗崎片段的合成方向能夠與先導鏈的合成方向以及復制體移動方向保持一致。
隨著DNA polⅢ向前移動，先導鏈的合成逐漸延長的同時，崗崎片段也在不斷延長，這一嚕噗也在不斷擴大。當崗崎片段合成到前一個片段的5′端時，這一大嚕噗就釋放出來，由于復制叉向前移動又可將另一部分隨從鏈的模板置換出來，由引發體合成新的引物，然后再形成一個小的嚕噗，進行新的崗崎片段的合成。
由此模型不難看出：隨從鏈的合成需要周期性的引發，因此其合成進度總是與前導鏈相差一個崗崎片段的長度。崗崎片段完成后，其5′端的RNA引物由DNa polⅠ的5′→3′
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