该DNA聚合酶是负责该分子的复制过程中催化新DNA链的聚合的酶。它的主要功能是使三磷酸脱氧核糖核苷酸与模板链的那些配对。它也参与DNA修复。
按照A与T配对，G与C配对的方案，这种酶可以使模板链的DNA碱基与新的碱基正确配对。
人类DNA聚合酶β的结构。
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DNA复制过程必须有效并且必须快速进行，因此DNA聚合酶的工作原理是每秒添加约700个核苷酸，并且每掺入10 9或10 10个核苷酸只会犯一个错误。
DNA聚合酶有不同类型。这些在真核生物和原核生物中均不同，并且各自在DNA复制和修复中具有特定作用。
进化中最早出现的酶之一可能就是聚合酶，因为精确复制基因组的能力是生物发展的内在要求。
这种酶的发现归功于Arthur Kornberg和他的同事。这位研究人员在与大肠杆菌合作时，于1956年发现了DNA聚合酶I（Pol I）。同样，沃森（Watson）和克里克（Crick）提出，这种酶可以产生DNA分子的忠实拷贝。
种类
原核生物
原核生物（没有真正核的生物，被膜限制）具有三种主要的DNA聚合酶，通常缩写为pol I，II和III。
DNA聚合酶I参与DNA复制和修复，并且在两个方向上都具有核酸外切酶活性。该酶在复制中的作用被认为是次要的。
II参与DNA修复，其核酸外切酶活性处于3'-5'义。III参与DNA的复制和修订，并且像以前的酶一样，它在3'-5'端具有核酸外切酶活性。
真核生物
真核生物（具有真实核的生物，由膜界定）具有5种DNA聚合酶，分别用希腊字母的字母命名：α，β，γ，δ和ε。
聚合酶γ位于线粒体中，负责遗传物质在该细胞器中的复制。相反，其他四个在细胞核中发现，并参与核DNA复制。
α，δ和ε变体在细胞分裂过程中最活跃，表明它们的主要功能与DNA拷贝的产生有关。
就DNA聚合酶β而言，它在未分裂的细胞中表现出活性峰值，因此可以认为其主要功能与DNA修复有关。
不同的实验已经能够验证以下假设：它们主要将α，δ和ε聚合酶与DNA复制相关联。类型γ，δ和ε显示3'-5'核酸外切酶活性。
拱门
新的测序方法已成功鉴定出多种DNA聚合酶家族。具体而言，在古细菌中，已鉴定出一个酶家族，称为D家族，对这一类生物体是唯一的。
功能：DNA复制和修复
什么是DNA复制？
DNA是携带生物体所有遗传信息的分子。它由糖，含氮碱（腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶）和磷酸基团组成。
在不断发生的细胞分裂过程中，必须快速而准确地复制DNA-特别是在细胞周期的S期。细胞复制DNA的过程称为复制。
DNA分子在结构上由两条链组成，形成一个螺旋。在复制过程中，这些分离，并且各自充当形成新分子的模板。因此，新链在细胞分裂过程中传递给子细胞。
由于每条链都充当模板，因此DNA复制被认为是半保守的-在该过程结束时，新分子由新链和旧链组成。研究人员Meselson和Stahl于1958年使用等电位瓶描述了这一过程。
DNA复制需要一系列催化该过程的酶。在这些蛋白质分子中，DNA聚合酶脱颖而出。
反应
为了进行DNA合成，需要该过程的必要底物：脱氧核糖核苷酸三磷酸（dNTP）
该反应机制涉及互补dNTPs的α磷酸酯上生长链3'末端羟基的亲核攻击，从而消除了焦磷酸盐。该步骤非常重要，因为聚合的能量来自dNTPs的水解和生成的焦磷酸盐。
pol III或α与引物结合（请参阅聚合酶的特性）并开始添加核苷酸。ε拉长了前导链，而δ拉长了滞后链。
DNA聚合酶的性质
所有已知的DNA聚合酶都有两个与复制过程相关的基本特性。
首先，所有聚合酶都沿5'-3'方向合成DNA链，将dNTPs添加到生长链的羟基上。
其次，DNA聚合酶无法从头开始合成一条新链。他们需要一个称为引物或引物的附加元件，该元件是由提供自由羟基的几个核苷酸组成的分子，聚合酶可以在那里锚定并开始其活性。
这是DNA和RNA聚合酶之间的根本区别之一，因为后者能够启动从头合成链。
冈崎的片段
上一节中提到的DNA聚合酶的第一个特性代表了半保守复制的复杂性。由于两条DNA链反平行运行，其中一条不连续地合成（需要以3'-5'义合成）。
在延迟链中，通过聚合酶的正常活性5'-3'发生不连续合成，并且所得片段（文献中称为Okazaki片段）通过另一种酶连接酶连接。
DNA修复
DNA经常暴露于内源性和外源性因素中，这些因素都可能对其造成损害。这些破坏会阻止复制和积累，影响基因表达，从而在各种细胞过程中引起问题。
除了其在DNA复制过程中的作用外，聚合酶也是DNA修复机制的关键组成部分。它们还可以充当细胞周期中的传感器，以防止DNA受损时进入分裂期。
结构体
当前，由于晶体学研究，已经阐明了各种聚合酶的结构。根据其一级序列，聚合酶分为以下家族：A，B，C，X和Y。
一些方面是所有聚合酶共有的，特别是那些与酶催化中心有关的方面。
这些包括两个具有金属离子的关键活性位点，其中两个天冬氨酸残基和一个可变残基-天冬氨酸或谷氨酸，它们与金属配位。在催化中心周围还有一系列带电残基，它们在不同的聚合酶中都保守。
在原核生物中，DNA聚合酶I为103 kd多肽，II为88 kd多肽，III由十个亚基组成。
在真核生物中，酶更大，更复杂：α由五个单元组成，一个亚基的β和γ，两个亚基的δ，和ε的5。
应用领域
中华人民共和国
由于其实用性和简便性，聚合酶链反应（PRC）是所有分子生物学实验室中使用的一种方法。该方法的目的是大规模扩增目的DNA分子。
为了实现这一目标，生物学家使用了一种不受热破坏的DNA聚合酶（高温对于该过程必不可少）来扩增该分子。该过程的结果是可用于不同目的的大量DNA分子。
该技术最杰出的临床用途之一是在医学诊断中的应用。PRC可用于检查患者的病原细菌和病毒。
抗生素和抗肿瘤药
大量药物旨在截断病原生物中DNA复制的机制，无论是病毒还是细菌。
在某些情况下，目标是抑制DNA聚合酶活性。例如，化学治疗药物阿糖胞苷（cytarabine），也称为胞嘧啶阿拉伯糖苷，使DNA聚合酶失效。
参考文献
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