聚合酶：特征，结构和功能 - 生物学 - 2025

该聚合酶是酶，其功能有关复制和核酸转录的处理。这些酶有两种主要类型：DNA聚合酶和RNA聚合酶。

DNA聚合酶负责在复制过程中合成新的DNA链，增加新的核苷酸。它们是大而复杂的酶，其结构取决于在真核生物还是原核生物中发现。

Taq聚合酶：PCR中使用的酶。

资料来源：Lijealso

同样，RNA聚合酶在DNA转录过程中起作用，合成RNA分子。就像DNA聚合酶一样，它也存在于真核生物和原核生物中，其结构和复杂性随组而异。

从进化的角度来看，可以认为第一种酶必须具有聚合酶活性，因为对生命发展的内在要求之一就是基因组的复制能力。

分子生物学的中心教条

分子生物学的所谓“教条”描述了通过三个步骤从DNA中加密的基因形成蛋白质的过程：复制，转录和翻译。

该过程开始于DNA分子的复制，其中以半保守的方式生成了两个拷贝。然后将来自DNA的信息转录为一个称为信使RNA的RNA分子。最后，信使通过核糖体机制翻译成蛋白质。

在本文中，我们将探讨涉及前两个过程的两种关键酶。

值得注意的是，中央教条也有例外。许多基因不能翻译成蛋白质，在某些情况下，信息流是从RNA到DNA（例如逆转录病毒）。

DNA聚合酶

特征

DNA聚合酶是负责基因组精确复制的酶。酶的工作必须足够有效，以确保维持遗传信息并将其传递给下一代。

如果我们考虑基因组的大小，这是一项艰巨的任务。例如，如果我们将自己在计算机上转录100页文档的任务设定为任务，则每页肯定会有一个错误（或更多错误，具体取决于我们的注意力）。

聚合酶每秒可添加700个以上的核苷酸，并且每10 ⁹或10 ^10个并入的核苷酸（这是一个非常大的数目）只是错误的。

聚合酶必须具有允许精确复制基因组信息的机制。因此，存在具有复制和修复DNA能力的不同聚合酶。

特征与结构

DNA聚合酶是一种在5'-3'方向上起作用的酶，其作用是在末端带有游离-OH基团的核苷酸上添加核苷酸。

此功能的直接后果之一是可以合成一条链而不会带来任何不便，但是需要在3'-5'方向合成的链又如何呢？

该链是在冈崎片段中合成的。因此，沿法向5'-3'合成小片段，随后通过称为连接酶的酶将其连接。

在结构上，DNA聚合酶共有两个拥有金属离子的活性位点。在它们中，我们发现了天冬氨酸和其他与金属配位的氨基酸残基。

种类

传统上，在原核生物中，已鉴定出三种类型的聚合酶，它们以罗马数字命名：I，II和III。在真核生物中，识别出五种酶，并用希腊字母的字母来命名，即：α，β，γ，δ和ε。

最近的研究已经鉴定出大肠杆菌中的五种DNA类型，酿酒酵母中的8种DNA，人类中的15种以上。在植物谱系中，对该酶的研究较少。但是，在模型生物拟南芥中已经描述了约12种酶。

应用领域

分子生物学实验室中最常用的技术之一是PCR或聚合酶链反应。该方法利用了DNA聚合酶的聚合能力，将我们希望研究的DNA分子扩增了几个数量级。

换句话说，在此过程的最后，我们将拥有数千个目标DNA的拷贝，PCR的用途非常多样。它可以应用于科学研究，某些疾病甚至生态学的诊断。

RNA聚合酶

特征

RNA聚合酶负责从DNA模板开始生成RNA分子。所得的转录本是与用作模板的DNA片段互补的副本。

Messenger RNA负责将信息携带到核糖体，以产生蛋白质。它们还参与其他类型RNA的合成。

这不能单独起作用，它需要称为转录因子的蛋白质才能成功地执行其功能。

特征与结构

RNA聚合酶是大型酶复合物。它们在真核世系中比在原核中更为复杂。

在真核生物中，存在三种类型的聚合酶：Pol I，II和III，它们分别是合成核糖体，信使和转移RNA的核心机制。相反，在原核生物中，所有它们的基因都由单一类型的聚合酶加工。

DNA和RNA聚合酶之间的差异

尽管两种酶都使用DNA退火，但它们在三个关键方面有所不同。首先，DNA聚合酶需要引物来启动复制并连接核苷酸。引物或引物是由几个核苷酸组成的分子，其序列与DNA中的特定位点互补。

引物向聚合酶提供游离的-OH，以开始其催化过程。相反，RNA聚合酶无需引物即可开始其工作。

其次，DNA聚合酶在DNA分子上具有多个结合区。RNA聚合酶只能结合基因的启动子序列。

最后，DNA聚合酶是一种高保真地发挥作用的酶。RNA聚合酶容易出错，每10 ⁴个核苷酸引入一个错误的核苷酸。

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