DNA聚合酶Ⅰ的动力学机制是什么? ¹

DNA聚合酶Ⅰ是一种重要的分子马达，它能够在DNA模板链上行走，并合成和延长新的DNA子链。它的结构包括核心区、5′核酸酶区和一个蛋白质多肽链linker。对于DNA聚合酶Ⅰ的动力学机制的研究一直在进行中。

DNA聚合酶Ⅰ的结构

DNA聚合酶Ⅰ在DNA的复制和修复中起着重要的作用。在合成冈崎片段的过程中，DNA聚合酶Ⅰ尤为重要。它由约930个氨基酸组成的多肽链折叠而成。它的结构包括主心区、5`核酸酶区和连接两个区域的一个由16个氨基酸残基组成的多肽链。主心区由聚合酶区和3`-5`外切酶区组成。

DNA聚合酶Ⅰ的功能

DNA聚合酶Ⅰ可以沿着DNA模板链顺着RNA成分的引物合成新的DNA链。3`-5`外切酶可以修复未成功配对的脱氧核苷酸。随着DNA的复制，下游的RNA引物逐渐接近聚合活性位点，最终形成flapDNA。在热涨落的作用下，flapDNA会从聚合酶区脱离；同时，5`核酸酶区在热运动的作用下移动靠近聚合酶区，最终5`核酸酶的活性位点会在聚合酶的活性位点附近切除RNA引物，留下一个小缺口，由DNA连接酶来修补。

大肠杆菌DNA聚合酶I

大肠杆菌DNA聚合酶I是由大肠杆菌polA基因编码的单链多肽，由约1000个氨基酸残基组成，具有三种酶活性：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：在DNA单链模板上，在存在4种脱氧核糖核苷酸（dNTP）和引物的情况下，合成与模板互补的另一条DNA链。当模板为双链DNA时，必须在其一条链上有1个或数个断裂时才能有效作为模板。

（2）3’→5’外切酶活性：识别和切除DNA复制过程中DNA生长链末端的错配的核苷酸，起到校对作用，保证DNA复制的准确性。

（3）5’→3’外切酶活性：作用于DNA双链或RNA：DNA杂交体，从5’端降解双链DNA或RNA：DNA杂交体的RNA组分（RNA酶H活性）。

大肠杆菌DNA聚合酶I主要应用于间隙填补和缺口平移。它可以将核苷酸加到DNA链的间隙处的3’羟基端，填补双链DNA的单链间隙，形成完整的双链。同时，它还可以在DNA双链上移动缺口，将放射性核素标记的核苷酸标记在DNA链上。

参考文献

[1]Balakrishnan L.&Bambara R.A. Okazaki fragment metabolism.Cold spring Harb Perspect.Biol.5,152-158(2013).

[2]Xie P.&Sayers J.R.A model for transition of 5`-nuclease domain of DNA polymerase 1from inerrt to avtive modes.PloS One.6,e16213(2011).