DNAポリメラーゼは、この分子の複製中に、新たなDNA鎖の重合を触媒するための責任がある酵素です。その主な機能は、三リン酸デオキシリボヌクレオチドをテンプレート鎖のものとペアにすることです。また、DNA修復にも関与しています。
この酵素は、AとTのペア、GとCのスキームに従って、テンプレートチェーンのDNA塩基と新しいものの正しいペアリングを可能にします。
人間のDNAポリメラーゼベータの構造。
出典：Wikimedia CommonsのYikrazuul
DNA複製プロセスは効果的で迅速に実行する必要があるため、DNAポリメラーゼは毎秒約700ヌクレオチドを追加することで機能し、組み込まれた10 9または10 10ヌクレオチドごとに1つのミスしか発生しません。
DNAポリメラーゼにはさまざまな種類があります。これらは真核生物と原核生物の両方で異なり、それぞれDNAの複製と修復に特定の役割があります。
ゲノムを正確に複製する能力は生物の発達に固有の要件であるため、進化に現れた最初の酵素の1つがポリメラーゼであった可能性があります。
この酵素の発見は、アーサー・コーンバーグと彼の同僚の功績によるものです。この研究者は、1956年に大腸菌と共同でDNAポリメラーゼI（Pol I）を特定しました。同様に、この酵素がDNA分子の忠実なコピーを生成できると提案したのは、ワトソンとクリックでした。
タイプ
原核生物
原核生物（膜で囲まれた真の核を持たない生物）には、一般的にpol I、II、およびIIIと略される3つの主要なDNAポリメラーゼがあります。
DNAポリメラーゼIはDNAの複製と修復に関与し、両方向にエキソヌクレアーゼ活性があります。複製におけるこの酵素の役割は二次的であると考えられています。
IIはDNA修復に関与し、そのエキソヌクレアーゼ活性は3'-5 'の意味にあります。IIIはDNAの複製と修正に関与し、以前の酵素と同様に、3'-5 'の意味でエキソヌクレアーゼ活性を示します。
真核生物
真核生物（真核を持ち、膜で区切られている生物）には5つのDNAポリメラーゼがあり、ギリシャ語のアルファベットの文字で名前が付けられています：α、β、γ、δ、およびε。
ポリメラーゼγはミトコンドリアにあり、この細胞小器官における遺伝物質の複製を担っています。対照的に、他の4つは細胞の核にあり、核DNAの複製に関与しています。
α、δ、およびεバリアントは、細胞分裂プロセスで最もアクティブであり、その主な機能がDNAコピーの生成に関連していることを示唆しています。
DNAポリメラーゼβは、その一部として、分裂していない細胞で活性のピークを示すため、その主な機能はDNA修復に関連していると考えられています。
さまざまな実験により、α、δ、εポリメラーゼがDNA複製にほとんど関連しているという仮説を検証することができました。タイプγ、δ、εは3'-5 'エキソヌクレアーゼ活性を示します。
アーチ
新しいシーケンシング法は、多種多様なDNAポリメラーゼファミリーの特定に成功しています。古細菌では、具体的には、Dファミリーと呼ばれる酵素のファミリーが、この生物のグループに固有のものとして識別されています。
機能：DNA複製と修復
DNA複製とは何ですか？
DNAは、生物のすべての遺伝情報を運ぶ分子です。それは、糖、窒素ベース（アデニン、グアニン、シトシン、チミン）とリン酸基で構成されています。
絶えず発生している細胞分裂プロセス中、DNAは迅速かつ正確に、特に細胞周期のS期にコピーされなければなりません。細胞がDNAをコピーするこのプロセスは複製として知られています。
構造的に、DNA分子はらせんを形成する2本の鎖で構成されています。複製プロセス中、これらは分離し、それぞれが新しい分子を形成するためのテンプレートとして機能します。したがって、新しい鎖は、細胞分裂の過程で娘細胞に渡されます。
各鎖はテンプレートとして機能するため、DNA複製は半保存的であると言われています。プロセスの最後に、新しい分子は新しい鎖と古い鎖で構成されます。このプロセスは、1958年に研究者MeselsonとStahlによってアイソポテトを使用して説明されました。
DNA複製には、プロセスを触媒する一連の酵素が必要です。これらのタンパク質分子の中で、DNAポリメラーゼは際立っています。
反応
DNA合成を行うには、プロセスに必要な基質が必要です。デオキシリボヌクレオチド三リン酸（dNTP）
反応メカニズムには、相補的なdNTPのアルファリン酸の成長中の鎖の3 '末端にあるヒドロキシル基による求核攻撃が含まれ、ピロリン酸が除去されます。重合のエネルギーはdNTPの加水分解とその結果生じるピロリン酸塩から生じるため、このステップは非常に重要です。
pol IIIまたはalphaはプライマーに結合し（ポリメラーゼの特性を参照）、ヌクレオチドの追加を開始します。イプシロンはリードチェーンを伸ばし、デルタはリタードストランドを伸ばします。
DNAポリメラーゼの特性
すべての既知のDNAポリメラーゼは、複製プロセスに関連する2つの重要な特性を共有しています。
まず、すべてのポリメラーゼが5'-3 '方向にDNA鎖を合成し、成長する鎖のヒドロキシル基にdNTPを追加します。
第二に、DNAポリメラーゼは新しい鎖を最初から合成することはできません。それらはプライマーまたはプライマーとして知られている追加の要素を必要とします。これは、遊離のヒドロキシル基を提供する数個のヌクレオチドで構成される分子であり、そこでポリメラーゼはその活性を固定して開始できます。
後者はde novo鎖の合成を開始することができるため、これはDNAとRNAポリメラーゼ間の基本的な違いの1つです。
岡崎のかけら
前のセクションで述べたDNAポリメラーゼの最初の特性は、半保存的複製の複雑化を表しています。2本のDNA鎖は逆平行に走るので、そのうちの1本は不連続に合成されます（3'-5 'の意味で合成する必要があるもの）。
遅延ストランドでは、ポリメラーゼ5'-3 'の通常の活性によって不連続な合成が行われ、その結果得られるフラグメント（文献では岡崎フラグメントと呼ばれます）は別の酵素であるリガーゼによって結合されます。
DNA修復
DNAは、内因性と外因性の両方の要因に絶えずさらされており、損傷を与える可能性があります。これらの損傷は、複製をブロックして蓄積し、遺伝子の発現に影響を及ぼし、さまざまな細胞プロセスに問題を引き起こす可能性があります。
ポリメラーゼは、DNA複製プロセスでの役割に加えて、DNA修復メカニズムの主要コンポーネントでもあります。また、DNAが損傷した場合に分裂期に入ることを防ぐ細胞周期のセンサーとしても機能します。
構造
現在、結晶学研究のおかげで、さまざまなポリメラーゼの構造が解明されています。一次配列に基づいて、ポリメラーゼはA、B、C、X、およびYのファミリーにグループ化されます。
いくつかの側面はすべてのポリメラーゼに共通であり、特に酵素の触媒中心に関連するものです。
これらには、2つのアスパラギン酸残基と1つの可変残基-金属を調整するアスパラギン酸またはグルタミン酸のいずれかを持つ、金属イオンを所有する2つの主要な活性部位が含まれます。触媒中心を囲む別の一連の荷電残基があり、異なるポリメラーゼで保存されています。
原核生物では、DNAポリメラーゼIは103 kdのポリペプチド、IIは88 kdのポリペプチド、IIIは10個のサブユニットで構成されています。
真核生物では、酵素はより大きく、より複雑です。αは5つのユニットで構成され、1つのサブユニットのβとγ、2つのサブユニットのδ、およびεは5です。
用途
PRC
ポリメラーゼ連鎖反応（PRC）は、その実用性とシンプルさのおかげで、すべての分子生物学研究室で使用されている方法です。この方法の目的は、目的のDNA分子を大量に増幅することです。
これを達成するために、生物学者は、熱によって損傷を受けないDNAポリメラーゼを使用して（このプロセスには高温が不可欠です）、分子を増幅します。このプロセスの結果、さまざまな目的に使用できる多数のDNA分子ができます。
この手法の最も優れた臨床ユーティリティの1つは、医療診断での使用です。PRCは、病原性の細菌やウイルスがないか患者をチェックするために使用できます。
抗生物質と抗腫瘍薬
かなりの数の薬物が、それがウイルスであろうと細菌であろうと、病原性生物におけるDNA複製のメカニズムを打ち切ることを目的としています。
これのいくつかでは、標的はDNAポリメラーゼ活性の阻害です。たとえば、シトシンアラビノシドとも呼ばれる化学療法薬シタラビンは、DNAポリメラーゼを無効にします。
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