DNA聚合酶Ⅰ

概述

DNA聚合酶Ⅰ是一种重要的分子马达,它可以沿着DNA模板链行走,吸收脱氧核糖核苷酸,合成并延长新的DNA子链。它的结构是由核心区和5′核酸酶区以及一条蛋白质多肽链linker构成。人们对于它的动力学机制的研究从未停止。

DNA聚合酶Ⅰ的结构

DNA聚合酶Ⅰ在DNA的复制和修复中发挥着重要的作用。在合成冈崎片段的过程中，DNA聚合酶Ⅰ更是十分重要^[1]。DNA聚合酶Ⅰ是由约930个氨基酸组成的多肽链折叠而成。它的结构有三部分组成：一个是主心区，5`核酸酶区和连接两个区域的由16个氨基酸残基组成的多肽链。主心区由聚合酶区和3`-5`外切酶区组成。聚合酶区形似手掌，又分成拇指、手指和掌心区。结构图如下。

DNA聚合酶Ⅰ的作用

DNA聚合酶Ⅰ可以沿着DNA模板，顺着RNA成分的引物延长新合成的DNA链条。3`-5`外切酶可以校正未成功配对的脱氧核苷酸。随着DNA的不断复制，下游的RNA引物逐渐接近聚合活性位点，到最后，RNA引物会脱离DNA模板，形成flapDNA。在热涨落的作用下，flapDNA会从聚合酶区脱离；同时，5`核酸酶区在热运动的作用下偏离平衡位置，拉伸linker,逐渐移动靠近聚合酶区，最终5`核酸酶的活性位点会在聚合酶的活性位点附近将flapDNA捕获并切除RNA引物 ，留下一个小缺口，由DNA连接酶来修补^[2]。

大肠杆菌DNA聚合酶I

大肠杆菌DNA聚合酶I是大肠杆菌polA基因编码由1000个氨基酸残基组成的单链多肽，具3种酶活性：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单链为模板时，在4种脱氧核糖核苷

（dNTP）和引物存在下，沿5’→3'合成与模板互补的另一条DNA链。当模板为双链DNA时，必须在其一条链上有1个或数个断裂时才可有效作为模板。

（2）3’→5’外切酶活性 沿3’→5’方向识别和切除DNA复制过程中DNA生长链末端的错配的核苷酸，起到校对作用，从而保证DNA复制的真实性。

（3）5'→3’外切酶活性 作用于DNA双链或RNA：DNA杂交体，从5’端降解双链DNA或RNA：DNA杂交体的RNA组分（RNA酶H活性）。

大肠杆菌DNA聚合酶I主要应用于：①间隙填补。将核苷酸加到DNA链的间隙处的3’羟基端，使双链DNA的单链间隙填补起来，形成完整的双链。②缺口平移。由DNaseI在双链DNA分子上形成单链缺口，再由5'→3’聚合作用和5'→3’的外切作用协调完成沿DNA双链5'→3’方向的缺口移动，将放射性核素标记的核苷酸标记在DNA链上。

参考文献

[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).