概述

DNA聚合酶Ⅰ是一種重要的分子馬達(dá),它可以沿著DNA模板鏈行走,吸收脫氧核糖核苷酸,合成并延長(zhǎng)新的DNA子鏈。它的結(jié)構(gòu)是由核心區(qū)和5′核酸酶區(qū)以及一條蛋白質(zhì)多肽鏈linker構(gòu)成。人們對(duì)于它的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的研究從未停止。

DNA聚合酶Ⅰ的結(jié)構(gòu)

DNA聚合酶Ⅰ在DNA的復(fù)制和修復(fù)中發(fā)揮著重要的作用。在合成岡崎片段的過(guò)程中，DNA聚合酶Ⅰ更是十分重要^[1]。DNA聚合酶Ⅰ是由約930個(gè)氨基酸組成的多肽鏈折疊而成。它的結(jié)構(gòu)有三部分組成：一個(gè)是主心區(qū)，5`核酸酶區(qū)和連接兩個(gè)區(qū)域的由16個(gè)氨基酸殘基組成的多肽鏈。主心區(qū)由聚合酶區(qū)和3`-5`外切酶區(qū)組成。聚合酶區(qū)形似手掌，又分成拇指、手指和掌心區(qū)。結(jié)構(gòu)圖如下。

DNA聚合酶Ⅰ的作用

DNA聚合酶Ⅰ可以沿著DNA模板，順著RNA成分的引物延長(zhǎng)新合成的DNA鏈條。3`-5`外切酶可以校正未成功配對(duì)的脫氧核苷酸。隨著DNA的不斷復(fù)制，下游的RNA引物逐漸接近聚合活性位點(diǎn)，到最后，RNA引物會(huì)脫離DNA模板，形成flapDNA。在熱漲落的作用下，flapDNA會(huì)從聚合酶區(qū)脫離；同時(shí)，5`核酸酶區(qū)在熱運(yùn)動(dòng)的作用下偏離平衡位置，拉伸linker,逐漸移動(dòng)靠近聚合酶區(qū)，最終5`核酸酶的活性位點(diǎn)會(huì)在聚合酶的活性位點(diǎn)附近將flapDNA捕獲并切除RNA引物 ，留下一個(gè)小缺口，由DNA連接酶來(lái)修補(bǔ)^[2]。

大腸桿菌DNA聚合酶I

大腸桿菌DNA聚合酶I是大腸桿菌polA基因編碼由1000個(gè)氨基酸殘基組成的單鏈多肽，具3種酶活性：5’→3’DNA聚合酶活性；5’→3’及3’→5’外切核酸酶活性。

（1）5’→3’DNA聚合酶活性 以DNA單鏈為模板時(shí)，在4種脫氧核糖核苷

（dNTP）和引物存在下，沿5’→3'合成與模板互補(bǔ)的另一條DNA鏈。當(dāng)模板為雙鏈DNA時(shí)，必須在其一條鏈上有1個(gè)或數(shù)個(gè)斷裂時(shí)才可有效作為模板。

（2）3’→5’外切酶活性 沿3’→5’方向識(shí)別和切除DNA復(fù)制過(guò)程中DNA生長(zhǎng)鏈末端的錯(cuò)配的核苷酸，起到校對(duì)作用，從而保證DNA復(fù)制的真實(shí)性。

（3）5'→3’外切酶活性 作用于DNA雙鏈或RNA：DNA雜交體，從5’端降解雙鏈DNA或RNA：DNA雜交體的RNA組分（RNA酶H活性）。

大腸桿菌DNA聚合酶I主要應(yīng)用于：①間隙填補(bǔ)。將核苷酸加到DNA鏈的間隙處的3’羥基端，使雙鏈DNA的單鏈間隙填補(bǔ)起來(lái)，形成完整的雙鏈。②缺口平移。由DNaseI在雙鏈DNA分子上形成單鏈缺口，再由5'→3’聚合作用和5'→3’的外切作用協(xié)調(diào)完成沿DNA雙鏈5'→3’方向的缺口移動(dòng)，將放射性核素標(biāo)記的核苷酸標(biāo)記在DNA鏈上。

參考文獻(xiàn)

[1]Balakrishnan L.&Bambara R.A. Okazaki fragment metabolism.Cold spring Harb Perspect.Biol.5,152-158(2013).

[2]Xie P.&Sayers J.R.A model for transition of 5`-nuclease domain of DNA polymerase 1from inerrt to avtive modes.PloS One.6,e16213(2011).