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依赖于DNA的DNA聚合酶所催化的反应的忠实性要比依赖于RNA的DNA聚合酶所催化的反应的忠实性要高得多。请说明其机理。

答案

参考答案:

DNA聚合酶的种类很多,它们在细胞DNA复制过程中起着重要的作用。DNA聚合酶有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类,这些酶的共同特点在于它们都能够把脱氧核糖核苷酸连续地加到双链DNA分子引物链的3′-OH末端,催化核苷酸的聚合作用,这些酶作用时需要以DNA作模板,合成产物的序列与模板互补,所以这些酶又称为依赖于DNA的DNA聚合酶。 反转录酶是以RNA为模板,按RNA中的核苷酸顺序合成DNA,是与一般转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反,所以又可称为依赖于RNA的DNA聚合酶。它最早在致瘤RNA病毒中首先发现,最普遍使用的则是来源于鸟类骨髓母细胞瘤病毒的反转录酶。 依赖于DNA的DNA聚合酶所催化的反应的忠实性要比依赖于RNA的DNA聚合酶所催化的反应的忠实性要高得多。其主要原因是依赖于DNA的DNA聚合酶具有3′→5′外切活性。 3′→5′外切活性可以删除引物3′末端错误插入的核苷酸,称为校正阅读。这一功能对于提高DNA合成的真实性起着重要作用。缺失3′→5′外切活性的大肠杆菌聚合酶Ⅰ催化DNA合成时出现错误几率增高5~50倍。因此,3′→5′外切活性可以使DNA真实性提高1~2个数量级。 大肠杆菌DNA聚合酶与DNA结合可有二种状态:一种是聚合状态,即引物3′末端在酶的聚合活性附近;另一种是删辑状态,引物3′末端位于3′→5′外切活性位点,当酶处于删辑状态时,引物3′末端拆开至少4bp,3′端才能结合到3′→5′外切活性位点。引物3′末端局部融开结合到外切活性位点而被水解。错配对的末端核苷酸更容易融开,即使在0℃也被水解。因此DNA聚合酶的聚合状态与删辑状态之间的转换是酶与模板一引物相互作用的结果。Klenow片段的两个结构域中,大结构域的直径约2.2~2.4nm的带正电荷的深沟,DNA结合在这个活性部位里并穿过,较小的结构域可能是底物dNTP结合区域。当DNA结合到酶深沟内,柔性很大的蛋白质的次结构域就可以合拢起来。DNA复制时DNA只能在沟内向前或向后穿滑过去。DNA模板一引物的3′末端如果含有错配对,末端融化而DNA外形变形,使它不容易滑过直径2.2~2.4nm的沟,造成阻塞,延长同3′→5′外切活性的校正接触,将导致错配对碱基切除。

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