DNA聚合酶-定义，结构，类型(与RNA聚合酶比较)

表的内容

DNA聚合酶定义

DNA聚合酶是一组用来复制DNA模板的酶，主要用于DNA复制机制。这些酶从现有的模板中生成新的DNA副本，并通过修复合成的DNA来防止突变。DNA聚合酶催化磷酸二酯键的形成，磷酸二酯键构成DNA分子的主干。它利用镁离子的催化活性来平衡来自磷酸基的电荷。

什么是DNA聚合酶?

DNA聚合酶最初是由Arthur Kornberg在裂解物中鉴定出来的大肠杆菌在1956年,。
这种酶被发现并用于原核和真核细胞的DNA复制。
几种类型的DNA聚合酶已经被发现，其中第一个被发现的命名为DNA聚合酶I。
每种类型都在复制和DNA修复机制中起着重要作用。
然而，DNA聚合酶并不用于启动新链的合成，而是用于与模板链配对的现有DNA或RNA链的延伸。
DNA聚合酶在一个短的RNA片段（称为引物）被创建并与模板DNA链配对后开始其机制。
DNA聚合酶的作用是通过添加与模板匹配的新核苷酸来合成新的DNA链，延伸模板链的3′端。每个核苷酸都与一个磷酸二酯键相连。
DNA聚合酶利用水解磷酸酐键的能量，磷酸酐键是连接到每个游离碱基(核苷酸)的三个磷酸盐(三磷酸核苷)之间的键。
将核苷酸添加到生长的DNA链中使用水解的高能磷酸盐键在核苷酸的磷酸盐与生长链之间形成磷酸二酯键，释放称为焦磷酸盐的两个远端磷酸盐。
DNA聚合酶在其机理上非常精确，每10分钟误差不到一个⁷核苷酸。
某些类型的DNA聚合酶具有校对、去除核苷酸中不匹配的碱基并纠正它们的能力。
它们还通过监测和修复错误，通过区分新链和模板链序列的错配，来纠正复制后的错配。
真核细胞含有5种DNA聚合酶α、β、γ、δ和ε。聚合酶γ存在于细胞线粒体中，并积极复制线粒体DNA，而聚合酶α、β、δ存在于细胞核中，参与细胞核DNA的复制。
聚合酶α和δ主要在潜水细胞中应用并活跃，因此参与复制，而聚合酶β在潜水细胞和非潜水细胞中均活跃，因此参与DNA损伤的修复。

图片来源:Yikrazuul，使用biorender.com创建。

DNA聚合酶的结构

DNA聚合酶通常具有保守的结构，因此在细胞功能中起着不可替代的重要作用。
DNA聚合酶由类似于右手的子域组成，作为棕榈，手指和拇指。
棕榈的活性部位含有催化必需氨基酸。
手指在核苷酸识别和结合中起主要作用。
拇指用于DNA底物的结合
在手指和拇指之间有一个被称为“口袋”的区域，它由插入位点和插入后位点两个区域组成。
进入的核苷酸结合到插入位点，而新的碱基对结合在插入后位点。
与这些结构域一起的其他子结构域对每个家族都是特定的，每个子结构域在DNA复制中都具有重要的功能。
然而，每种聚合酶的这些亚结构域是不同的。

家庭A的结构

除了已经讨论过的亚结构域，Family A聚合酶还有一个5 '到3 '外切酶，用于从冈崎片段中移除RNA引物。
一些A族还具有3′-5′核酸外切酶活性，其功能是校对DNA。

家庭B的结构

它们还具有极活跃的3 '到5的基本子结构域;外切酶，以纠正DNA复制的错误。

X家族的结构

这些家族群具有拇指、手掌和手指的亚结构域，这些亚结构域在结构上是N末端或31 kDA聚合酶片段的一部分。
这一家族的手掌含有三种天冬氨酸基序，手指有螺旋M和N含有氨基酸残基。
n端连接到一个8kDa氨基端结构域，该结构域包含一个5 '脱氧核糖磷酸裂解酶，这在碱基切除修复中是必不可少的。

Y家庭结构

这个基团的n端包含手掌、手指和拇指的催化核心。
它们还有一个c端，它有一个保守的三级结构，四股beta板的一面由两个螺旋支撑，也被称为小指结构域。它们在DNA结合中发挥作用，对完全的聚合酶活性是必不可少的。
但是，与其他家庭不同，这个家庭缺乏灵活性。

DNA聚合酶类型

基本上，DNA聚合酶的类型也根据拥有它们的生物体进行划分，即真核和原核DNA聚合酶。这些类型的DNA聚合酶根据其特征（包括结构序列和功能）进行分类。

真核DNA聚合酶类型

聚合酶γ

聚合酶γ是一种a型聚合酶，其主要功能是复制和修复线粒体DNA。
它还通过校对3 '到5 '外切酶活性发挥作用。
Poly γ突变显著影响线粒体DNA，导致常染色体线粒体疾病。

聚合酶α、聚合酶δ和聚合酶ε

这些是B型聚合酶它们是用于DNA复制的主要聚合酶。
Pol α通过与引物酶结合，形成复合物，它们在启动复制中发挥作用。引物酶创造和放置一个短RNA引物，允许Pol α开始复制过程。
Pol δ从Pol α开始合成滞后链，而Pol ε被认为是在复制过程中合成前导链的起始物质。
研究表明，Polδ同时复制滞后链和领先链。
Pol δ和ε也具有3 '至5 '外切酶活性。

聚合酶β，聚合酶μ，聚合酶λ

这些是聚合酶的3型或X族。
Polβ具有短的斑片碱基切除修复机制，修复烷基化或氧化碱基。
Pol λ和Pol μ分别对由过氧化氢和电离辐射引起的DNA双链断裂的重新连接起重要作用。

聚合酶η、聚合酶ι和聚合酶κ

它们是4型或Y家族聚合酶，主要用于通过一种称为翻译合成的机制修复DNA。
在DNA合成期间，它们易于误差。
Polη通过精确确保紫外线辐射引起的DNA损伤的易位合成发挥作用。
仍然可以理解Polκ，但其一个已知的功能是在某些DNA病变处延伸或插入特异性碱。
易位合成聚合酶被停滞的复制DNA聚合酶激活。

末端脱氧核苷酸转移酶

TdT的功能是催化脱氧核苷三磷酸聚合为预制多核苷酸链的3′-羟基。
TdT是一种非模板定向DNA聚合酶。
它最初是在胸腺中被发现的。

原核DNA聚合酶类型

DNA聚合酶我

这是一种a型或a家族聚合酶最初是从大肠杆菌而且在大肠杆菌
其主要功能是作为一种外切酶，将DNA链从3 ' -5 '向5 ' -3方向切除修复。
它还有助于冈崎片段的成熟，这是在DNA复制期间构成滞后链的短DNA链。
在复制过程中，它的作用是在RNA引物上添加核苷酸，并沿5 ' -3 '方向移动。
DNA聚合酶I的结合位点称为辛基葡萄糖苷。

DNA聚合酶ⅱ

它属于B型或B家族的聚合酶。
它的主要功能是3 ' - 5 '核酸外切酶活性，并在由于DNA链损伤而停止复制后重新开始复制。
DNA聚合酶II在复制叉中被发现，以帮助指导其他聚合酶的活动。

DNA聚合酶III

这是用于DNA复制的主要酶，属于C家族或C型。
它负责通过在引物的3 ' - OH基团上添加核苷酸来合成新的链。
它具有3 ' -5 '核酸外切酶活性，因此它也可以校对DNA链复制过程中可能出现的错误。

DNA聚合酶IV

属于Y家族，参与了非靶向突变。
其激活是基于复制叉的停滞活动。
当它被激活时，它会创建一个检查点，停止复制，给新的DNA链适当修复损伤的时间。
它还参与翻译合成的修复机制。
它没有核酸酶活性，因此它在DNA复制中易患错误。

DNA聚合酶V

属于Y家族，调控活性高。
只有当DNA被破坏并且需要翻译合成时，它才会产生。
它还缺乏核酸外切酶功能，因此不能校对DNA复制品的合成，从而降低效率。

Taq DNA聚合酶

Taq聚合酶是一种耐热型DNA聚合酶1，最初是从一种嗜热真细菌中分离出来的，称为水生栖热菌．
它缩写为Taq或Taq pol。
它通常用于聚合酶链反应中扩增短链DNA。
由于其嗜热性，它能够承受PCR过程中所需的变性，因此它取代了DNA聚合酶大肠杆菌

DNA聚合酶的机理

DNA聚合酶的机制被称为双金属离子机制，即两个金属离子作为稳定复制传递的活性位点。第一种金属离子通过激活羟基来攻击dNTP的磷酸基团，第二种金属离子稳定负电荷并建立在左氧和螯合磷酸基团上。

DNA聚合酶与RNA聚合酶

S.N。	特征	DNA聚合酶	RNA聚合酶
1.	定义	它是一种合成DNA的酶	它是一种合成RNA的酶
2.	机制	DNA聚合酶的机制是在复制过程中合成新的DNA链	RNA聚合酶在转录过程中起作用，即RNA的合成
3.	链	它合成了一个双链DNA分子	它合成单链RNA分子
4.	是否有引物	它的复制机制是由短rna引物启动的	它不需要引物来启动转录
5.	核苷酸插入	它在引物合成器引物酶的帮助下找到游离的3 ' OH端后插入核苷酸	它直接加入核苷酸。
6.	氨基酸碱基	它将dATP (Adenine-Thymine)、dGTP、dCTP和dTTP加入到生长中的新DNA链中	它将DATP，DGTP，DCTP和DUTP插入到不断增长的RNA股线上。
7.	功能	它具有聚合和校对活性	RNA聚合酶只有聚合活性。
8.	聚合速率	在原核生物中，DNA聚合酶的聚合速率约为每秒1000个核苷酸	RNA聚合酶的速率为每秒40到80个核苷酸。
9	效率	DNA聚合酶具有快速、高效、准确的校对功能。	RNA聚合酶较慢，低效和不准确。
10。	子类型	DNA聚合酶有三种不同的亚型：1型、2型和3型。	RNA聚合酶在真核生物中有五种不同的亚型
11.	终止	DNA合成一直持续到链的末端，也就是聚合停止的时候，因此整个染色体DNA就被合成了。	当RNA聚合酶在核酸链上找到终止密码子或终止密码子时，聚合即终止。

参考资料和来源

普雷斯科特的微生物学，第五版
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https://bio.libretexts.org/Courses/Sacramento_City_College/SCC%3A_Biology_440_ (Carberry-Goh) / 3 a_microbial_genetics Bio_440_Microbiology_Chapters / 8% / 2% 3 a_dna_polymerase c_transcription % 2 c_rna_polymerases % 2
https://www.quora.com/How-do-DNA-polymerase-and-RNA-polymerase-differ

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