DNA聚合酶

DNA聚合酶（DNA Polymerase，EC编号2.7.7.7）是一种参与DNA复制的酶。它主要是以模板的形式，催化脱氧核糖核苷酸的聚合。聚合后的分子将会组成模板链并再进一步参与配对。

人类DNA聚合酶β中螺旋-转角-螺旋基序的三维模型

DNA replication

DNA聚合酶以脱氧核苷酸三磷酸（dATP、dCTP、dGTP、或dTTP，四者统称dNTPs）为底物，沿模板的3'→5'方向，将对应的脱氧核苷酸连接到原有DNA链的3'端，使新生链沿5'→3'方向延长。新链与原有的模板链序列互补，亦与模板链的原配对链序列一致。

已知的所有DNA聚合酶均以5'→3'方向合成DNA，且均不能“重新”（de novo）合成DNA，而只能将脱氧核苷酸加到已有的RNA或DNA的3'端羟基上。因此，DNA聚合酶除了需要模板做为序列指导，也必需引物来起始合成。合成引物的酶叫做引发酶。

反应式：

${\displaystyle {\mbox{dNTP}}+{\mbox{DNA}}_{\mbox{n}}{\mbox{-3-OH}}\rightarrow {\mbox{DNA}}_{\mbox{n+1}}{\mbox{-3-OH}}+2{\mbox{Pi}}}$

历史

1957年，美国科学家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）首次在大肠杆菌中发现DNA聚合酶，这种酶被称为DNA聚合酶I（DNA polymerase I，简称：Pol I）。1970年，德国科学家罗尔夫·克尼佩尔斯（Rolf Knippers）发现DNA聚合酶II（Pol II）。随后，DNA聚合酶III（Pol III）被发现。原核生物中主要的DNA聚合酶及负责染色体复制的是Pol III。

种类

原核生物

细菌中，已有数种DNA聚合酶被发现。

• DNA聚合酶I（Pol I）：大肠杆菌K-12株的DNA聚合酶I由基因polA编码，由928个氨基酸组成，分子量103.1kDa，结构类似球状，直径约6.5nm，每个细胞约有400个分子。
• DNA聚合酶II（Pol II）：作用于DNA稳定期的损伤修复
• DNA聚合酶III（Pol III）：作用于大肠杆菌DNA复制过程中
• DNA聚合酶IV（Pol IV）：与DNA聚合酶II一起负责稳定期的损伤修复。
• DNA聚合酶V（Pol V）：参与SOS修复。
• D族DNA聚合酶（family D）

真核生物

• Pol α：与引发酶(DNA Primase)形成复合体(Pol α-primase complex)，合成约10nt RNA引物，然后做为DNA合成酶延伸此段RNA引物；合成约20个碱基(iDNA)后，将后续的延伸过程交给Pol δ与ε。
• Pol β：在DNA修复中起作用，低保真度的复制
• Pol γ：复制线粒体DNA。
• Pol δ：Pol δ与Pol ε是真核细胞的主要DNA聚合酶。用于后随链(lagging strand)合成
• Pol ε：填补引物空隙，切除修复，重组，用于领导股(Leading strand)合成
• Pol ζ：

DNA聚合酶介导的DNA合成

DNA链延伸的亲核取代机理

DNA聚合酶介导的DNA合成起始于引物（primer）和DNA配对，配对的引物3'端带有一个自由的羟基，随后是在DNA聚合酶的催化下由这个自由羟基氧上的配对电子攻击三磷酸碱基上的磷原子的亲核取代，继而在戊糖和磷酸之间形成脂键从而完成一个碱基的延伸。

在整个过程中，能量是由三磷酸碱基所携带的高能磷酸键提供的，磷酸酯形成以后，一个焦磷酸分子脱落，焦磷酸分子再次分裂提供足够的能量给DNA聚合过程。

不同的DNA聚合酶广泛应用于分子生物学实验^[1]。

内部链接

• DNA复制
• DNA修复
• 聚合酶链式反应
• RNA聚合酶

参考资料

1. DNA聚合酶. 来邦网. [2010-01-25]. （原始内容存档于2019-09-24）.