聚合酶

聚合酶（Polymerase），又称DNA聚合酶。生物催化合成脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的一类酶的统称。聚合酶是最多人所了解的一种酶。对于所有的有机生命体来说，聚合酶对基因组进行高保真的复制，是维持基因组完整性及稳定遗传的关键。聚合酶沿着模版，以5’-3’的方向进行合成。通过进化生物学以及蛋白质序列的比对，聚合酶可以被分为六大家族，分别是A、B、C、D以及家族X、Y。A家族DNA聚合酶包括诸如大肠杆菌聚合酶I，T7 DNA聚合酶以及Tag DNA聚合酶，后者在PCR中被广泛应用。B家族DNA聚合酶则包括大肠杆菌DNA聚合II，以及人类DNA聚合酶在内的一系列DNA聚合酶。C家族聚合酶包括聚合酶III全酶的α亚基。D家族DNA聚合酶则主要是古菌中的一些DNA聚合酶，如DNA聚合酶D。X家族DNA聚合酶，包括了很多酶。而最后的Y家族聚合酶，在原核生物诸，如大肠杆菌与古菌中，则分别不同。在真核生物中，存在有包括多种聚合酶。 迄今为止，许多高保真DNA聚合酶的蛋白质结构已经被成功解析，他们都具有相似的三级结构以及蛋白质折叠。由于整个DNA聚合酶的结构域，组成类似右手形状，因此各个结构域也分别被命名为拇指结构域，食指结构域，手掌结构域，以及额外的具有纠错功能的核酸外切酶结构域，其具有3’- 5’外切酶的活性。在所有DNA聚合酶分子结构与之中，位于手掌结构域的催化中心相当的保守，通常为3个酸性的氨基酸鏊合2个金属离子，通常是镁离子）。同时，新的脱氧核糖核苷酸，也结合在该位点。

Tag DNA聚合酶三维结构和人类DNA聚合酶β活性中心。

正常情况下，各种不同的DNA损伤会被各种不同的修复机制特异，有效的修复。但当损伤DNA在进入细胞复制期S期之前来不及被修复或在复制过程中新产生，高保真DNA聚合酶无法复制通过，最终将会造成复制叉的终止。长时间的复制叉终止最终则会导致整个复制机器的崩溃，进而诱导启动细胞调亡程序，造成细胞最终的死亡。为了有效的解决这个问题，细胞进化产生了一种跨损伤合成的机制。 人类DNA聚合酶η，最早发现自酵母，具有极高的复制通过的能力。进一步的研究表明，这是一种无错误倾向的复制过程。因此，DNA聚合酶η，与紫外诱导的嘧啶二聚体复制相联系起来。在紫外诱导条件下，酵母中敲除DNA聚合酶基因能够使酵母基因组的突变率上升。不过其在缺失DNA聚合酶η基因之后，对于紫外并没有，表现出很强的表型，其原因是酵母细胞中存在着其他多种CPDs修复途径。与其他由于缺失NER修复途径关键酶的XP患者不同，XPV患者具有完整的NER途径，但却无法有效的复制通过紫外交联产物CPDs。XPV患者对于紫外辐射超级敏感，具有比常人超出数百倍获得皮肤癌的概率。患者的症状包括面部等暴露部位出现红斑，褐色斑点以及斑片，伴毛细管扩张，间有色素脱失斑等。患者无法在白天正常出门，需要全方位的防护。大量的研究从不同角度对于人类DNA聚合酶进行了研究，发现其参与了许多重要的生理活动。 PCR技术得到了不断的发展。近年，实时PCR(real-time PCR)技术实现了PCR从定性到定量的飞跃，其以特异性强、灵敏度高、自动化、重复性好、定量准确、全封闭反应等优点，成为分子生物学和分子诊断的重要技术平台，并广泛应用于遗传病、病原体和肿瘤等方面的检测和诊断。在基因定量、基因分型和SNPs检测等方面正得到越来越广泛的应用。在用于DNA多态性基因分型时，往往需要应用到探针。目前基于实时PCR的各种标记探针技术主要包括Taq Man探针，FRET探针，分子信标探针及新型荧光双链置换探针。在这些探针中，荧光双链置换探针具有非常好的识别单碱基突变的能力，而且其特异性可以通过调节探针的长度和两条链相差的碱基数来实现，具有很强的特异性和灵敏度，适用于基因分型。但是有时会出现在PCR循环的开始就检测到探针的荧光信号，而看不到S型信号升起，影响到结果的判读。考虑是由于标记在探针5′端的荧光基团被Taq DNA 聚合酶酶切，所以我们尝试用消除了5'→3'外切酶活性的Taq DNA 聚合酶来解决上述问题。 [1] 郭佳. Taq DNA聚合酶的结构修饰与表征[D].厦门大学,2014. 
[2] 赵烨. 人类DNA聚合酶η结构与催化机制的研究[D].浙江大学,2012. 
[3] 张敏,蔡俊鹏. 不同DNA聚合酶对PCR-DGGE技术的影响[J]. 安徽农业科学,2011,(14):8231-8233. 
[4] 林晴. Taq DNA聚合酶的改造及应用[D].厦门大学,2007.