DNA聚合酶，又稱DNA依賴的DNA聚合酶（DNA—dependent DNA polymerase，DNA pol），它是以親代DNA為模板，催化底物dNTP分子聚合形成子代DNA的一類酶。此酶最早是美國科學家Arthur Komberg於1957年在大腸桿菌中發現的，被稱為DNA聚合酶I（DNA polymerase I，簡稱polI）一以後陸續在其他原核生物及真核生物中找到了多種DNA聚合酶。這些DNA聚合酶的共同特徵為：①具有5’→3’聚合酶活性，這就決定了DNA只能沿著5’→3’方向合成；②需要引物，DNA聚合酶不能催化DNA新鏈從頭合成，只能催化dNTP加入核苷酸鏈的3'-OH末端。因而複製之初需要一段RNA引物的3’一OH端為起點，合成5’→3’方向的新鏈。
基本介紹
- 中文名：DNA聚合酶
- 外文名：DNA polymerase
- 作用：複製DNA的重要作用酶
- 屬性：蛋白質
特性,分類,
特性
①聚合作用：在引物RNA-OH末端，以dNTP為底物，按模板DNA上的指令，即A與T，C與G的配對原則，逐步逐個、連續地將dNTP加到延伸中的DNA分子3'-OH末端，逐步合成延長中的子鏈DNA。這是DNA聚合酶的主要作用；
②3’→5’'外切酶活性（校對作用）：這種酶活性的主要功能是從3’→5’方向識別和切除不配對的DNA生長鏈末端的核苷酸，3’→5’外切酶活性的主要功能是校對作用，當加入的核苷酸與模板不互補而游離時則被3’→5’外切酶切除，以便重新在這個位置上聚合對應的核苷酸，可見，3’→5’外切酶活性對DNA複製真實性的維持是十分重要的。以保證複製過程的保真性和準確性；
③5’→3’外切酶活性（切除修復作用）：該活性是從5’→3’方向水解DNA延長鏈前方的DNA鏈（即只對DNA上雙鏈處的磷酸二酯鍵有切割作用），主要產生5'—脫氧核苷酸。這種酶活性在DNA損傷的修復中可能起著重要作用。
分類
1．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個胺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，在4種脫氧核糖核苷
（dNTP）和引物存在下，沿5’→3'合成與模板互補的另一條DNA鏈。當模板為雙鏈DNA時，必須在其一條鏈上有1個或數個斷裂時才可有效作為模板。
（2）3’→5’外切酶活性 沿3’→5’方向識別和切除DNA複製過程中DNA生長鏈末端的錯配的核苷酸，起到校對作用，從而保證DNA複製的真實性。
（3）5'→3’外切酶活性 作用於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主要套用於：①間隙填補。將核苷酸加到DNA鏈的間隙處的3’羥基端，使雙鏈DNA的單鏈間隙填補起來，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’的外切作用協調完成沿DNA雙鏈5'→3’方向的缺口移動，將放射性核素標記的核苷酸標記在DNA鏈上。
2．Klenow聚合酶（Klenow大片段）
大腸桿菌DNA聚合酶I的3個結構功能域分別對應著3種不同酶活性。氨基端（1～326）具5'→3’外切酶活性；中間區域（326～542）具3'→5’外切酶活性；羧基端（543～928位）具5’→3’DNA聚合酶活性。枯草桿菌蛋白酶可將大腸桿菌DNA聚合酶I水解成大小2個片段：N端小片段包含1～326位殘基，具5’→3’外切酶活性；而C端大片段包含326～928位殘基，只具有5’→3’聚合酶活性和3'→5’外切酶活性，稱作Klenow聚合酶或Klenow大片段。
Klenow聚合酶主要套用於：①補平限制性內切核酸酶切割DNA產生的3’凹端；②用[32P]dNTP補平3’凹端，對DNA片段進行末端標記；③在cDNA克隆中，用於合成cDNA的第二條鏈；④用於Sanger雙脫氧末端終止法進行DNA序列分析；⑤套用Klenow大片段3’→5'外切酶活性降解DNA的3’突出端使成平端，但T4DNA聚合酶的3’一5’外切酶活性遠遠高於Klenow大片段。
3．TaqDNA聚合酶
TaqDNA聚合酶是一種耐高溫的依賴於DNA模板的DNA聚合酶，來源於極度嗜熱的嗜熱水生菌Thermus aquaticus YT一1，故稱作Taq DNA聚合酶，一般套用於PCR反應。TaqDNA聚合酶是一種Mg2+依賴酶，反應體系中必須有Mg2+存在，然而保持適當的Mg2+濃度十分重要，因為Mg2+濃度過高或過低均會影響引物與模板的結合、模板與PCR產物的解鏈溫度、引物二聚體的形成以及酶的活性與精確性。
該酶的優點是：①熱穩定性高，92.5℃、95℃、97.5℃時的半衰期分別為130min、40min和5～6min；②最適反應溫度為75℃，引物在50℃～60℃退火，72℃延伸，可防止引物與模板間的錯配及DNA二級結構的形成，從而提高了擴增特異性，且有利於擴增較長的片段，70℃時延伸速率在60核苷酸/秒以上；③可延遲平台區，平台區到達之前即可完成25次循環，擴增倍數達4 X 106，然而該酶存在一個致命的缺點，即缺乏3’一5’外切酶活性，無法校正錯誤核苷酸的摻入．錯誤摻入率達2×10-4個核苷酸/循環，對於一個30次循環的擴增反應來說，這將導致0.25%的總錯誤率。
為了減少DNA擴增過程中的出錯率，人們又從嗜熱古菌P帥COCCI&s furiosus中發現了另外一種耐高溫的DNA聚合酶，稱作Pfu聚合酶，該酶具有3’一5’外切酶活性，岡此，在DNA擴增過程中具有高保真性。
4．逆轉錄酶
逆轉錄酶是一種依賴於RNA的DNA聚合酶，也稱為RNA指導的DNA聚合酶。，可以RNA為模板有效地催化合成互補DNA（complementary DNA）單鏈，並進而合成DNA第二條鏈。逆轉錄酶普遍存在於含RNA的逆轉錄病毒中，主要有禽源（AMV）和鼠源（MLV）兩種，這兩種酶均已被克隆並在大腸桿菌中表達。逆轉錄酶主要套用於：①以RNA為模板，以寡聚脫氧核糖核苷酸為引物，合成互補的DNA（cDNA），用於基因克隆、cDNA文庫構建和基因表達分析；②標記帶5 7端突出的DNA片段（補平反應），製備雜交探針；③代替大腸桿菌DNA聚合酶I Klenow片段或測序。
