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3.3 DNA聚合酶
DNA聚合酶 :能够催化脱氧核糖核苷酸连续加到双链DNA分子引物链的游离3’-OH末端,使核苷酸发生聚合作用,而不从模板上解离。
反应特点 :
(1) 以四种三磷酸脱氧核糖核苷(dNTP)为底物
(2) 反应需要模板的指导,加入的核苷酸由模板链所决定
(3) 聚合反应需要有引物存在,且引物要有3’-OH游离基团
(4) DNA链的生长方向为5’? 3’
(5) 产物DNA链的性质与模板相同(半保留复制); DNA聚合酶只能在已有的核酸链上延伸DNA链,而不能从无到有开始DNA链的合成。
种类 :
到目前为止,已从E.coli 中发现了Pol I、Pol II、Pol III三种DNA聚合酶 。其中Pol I 和Pol II的主要功能是参与DNA的修复过程,Pol III与DNA的复制有关。三种聚合酶中,只有Pol I 同分子克隆关系密切。;3.3.1 大肠杆菌DNA聚合酶 I(E.coli DNA Pol I)
DNA Pol I是从大肠杆菌细胞中分离得到的,该酶是由单一多肽组成的球蛋白,MW=109000,直径=65?
DNA Pol I已得到高度纯化,从100 kg大肠杆菌中可以分离到约500 mg纯化的酶蛋白。每个成熟的大肠杆菌细胞中约有400个分子的Pol I。;1. DNA Pol I在空间结构上有三个位点:
(1) DNA模板结合位点——结合模板
(2) 核苷酸-磷酸结合位点——结合引物
(3) dNTP结合位点——结合底物
;2. DNA Pol I是一种多功能酶:
(1) 5’? 3’的聚合酶活性
催化单核苷酸逐个地结合到DNA模板的3’-OH末端,沿着引物的3’-OH方向按模板顺序从5’? 3’延伸。
每分子DNA pol I每分钟可以催化约1000个核苷酸的聚合。;(2) 5’? 3’的外切酶活性
只作用于双链DNA(dsDNA) ,从5’端切割下一个个单核苷酸。
;(3) 3’? 5’的外切酶活性
能从游离的3’末端降解单链DNA(ssDNA)成为单核苷酸,通常对双链DNA不作用。
; 在正常聚合条件下,该酶对dsDNA的3’? 5’外切酶活性受到5’? 3’聚合酶活性的抑制。但一旦出现错配碱基时,聚合反应立即停止,由3’? 5’外切酶迅速除去错误进入的核苷酸,然后聚合反应才得以继续进行下去。所以3’? 5’核酸外切酶活力被认为起着校对功能,对DNA复制的忠实性极为重要。
;3. E.coli DNA Pol I在基因工程中的用途:
(1) 可用于填补dsDNA上的缺口,以便有效地进行DNA重组
(2) 用于DNA序列分析
(3) 用于制备DNA探针
在DNA分子的单链缺口上,DNA聚合酶I的5’? 3’核酸外切酶活性和聚合作用可以同时发生。当外切酶活性从缺口的5’一侧移去一个5’核苷酸后,聚合作用就会在缺口的3’一侧补上一个新的核苷酸。随着反应的进行,5’一侧的核苷酸不断地被移去,3’一侧的核苷酸又按序地增补,于是缺口便沿着DNA分子按合成的方向移动——缺口平移(Nick Translation)。; 应用缺口平移法制备DNA杂交探针,其典型的反应体系是:在25 ?l总体积中含有1 ?g纯化的特定的DNA片段,并加入适量的DNase I、pol I、??32P?dNTP和未标记的dNTP。
脱氧核糖核苷酸酶 I(DNase I)是一种内切酶,它能够水解单链或双链DNA,形成带有5’-磷酸末端的单(寡)核苷酸。
;; 由于32P?dNTP比较昂贵,所以一般都采用低浓度的32P?dNTP(2 ?mol/L)和高浓度的未标记的dNTP(20 ?mol/L)。而且就大多数实验的要求,使用一种32P?dNTP就足够了,其他3种均可采用未标记的dNTP,或是用适量的未标记的dNTP稀释每种32P?dNTP。
改变反应体系中DNase I的数量,可以控制32P?dNTP的参入程度,一般希望有30%左右的32P?dNTP参入DNA链。;3.3.2 大肠杆菌DNA聚合酶 I的Klenow片段
(E.coli DNA Pol I Klenow fragment)
用蛋白酶将DNA Pol I 作有限水解,可得到分子量为75000 dal和36000 dal的两个片段,大片段即称为Klenow片段,它具有5’? 3’的聚合酶活性和3’?
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