Taq聚合酶

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Taq聚合酶,外切酶
Taq.png
結合在DNA八聚體上的DNA聚合酶
鑑定
標誌 Taq-exonuc
Pfam(蛋白家族查詢站) PF09281
InterPro(蛋白數據整合站) IPR015361
SCOP(蛋白結構分類數據站) 1qtm
Taq外切酶
PDB 1ktq EBI.jpg
DNA聚合酶
鑑定
標誌 Taq-exonuc
Pfam(蛋白家族查詢站) PF09281
InterPro(蛋白數據整合站) IPR015361
SCOP(蛋白結構分類數據站) 1qtm

Taq聚合酶是由錢嘉韻於1976年從嗜熱細菌海棲熱袍菌Thermus aquaticus)中分離出的DNA聚合酶[1]。Taq聚合酶的常用簡稱有Taq Pol(或Taq酶)。Taq酶常用於放大短DNA片段的聚合酶鏈式反應中(PCR)。

海棲熱袍菌生活在溫泉深海熱泉中,從其中分離的Taq酶可承受PCR中所需要的高溫[1][2]。因此Taq酶取代了原先用於PCR中的大腸桿菌DNA聚合酶[3]。Taq酶的最適活性溫度為75–80°C,在92.5°C時半衰期高於2小時,95°C時為40分鐘,97.5°C時為9分鐘;Taq酶可在72°C時於10秒內複製一含有1000個鹼基對的DNA[4]

Taq酶的缺點之一是缺乏從3'端5'端外切酶校正活性[4],從而導致Taq在複製時保真度不高。原先測得的錯誤率為每9000個核苷酸中出現1次錯誤[5]

為了降低出錯的機率,科學家陸陸續續發現了其他可以取代Taq聚合酶的聚合酶。舉例來說,Pfu是具有3'至5'端外切酵素特性的聚合酶,出錯機率約為1/2.6x1000000。但相較於Taq聚合酶,Pfu合成DNA的速度較慢,因此也有混合使用的配方被製作出來。近期的電腦模擬技術以及新興生物技術,也能透過人工修改Taq酶的結構來增強性能,購買這些商業化的酶可以降低實驗的錯誤率。

Taq聚合酶有一個特性除了合成速度快、出錯率高以外,還會使合成的產物「末端帶有一個A鹼基」,TA克隆即是利用Taq聚合酶此特性,Taq的PCR產物在3'末端會多出一個A,此時只須有一個與其互補的T表現在質體上,即能彼此靠近,藉由接合酶連接起來。透過此方式,可省去限制酶剪切的時間,直接利用PCR產物與質體彼此有互補兩端的特性,可快速黏合起來。

PCR中的Taq聚合酶[編輯]

二十世紀八十年代初凱利·穆利斯鯨魚座集團英語Cetus Corporation研究DNA合成在生物科技上的應用。穆利斯熟悉DNA寡核苷酸作為目標DNA探針、作為DNA測序引物、作為cDNA合成引物的技術。穆利斯在1983年開始嘗試將兩個引物與目標DNA片段雜交後加入DNA聚合酶,此方法可以實現指數級別的DNA複製[6],放大了兩前體中間的DNA片段[3]。但在每輪複製後需要將混合物加熱到90°C以上使新合成的DNA熔解;兩條DNA鏈分開後方可成為下一輪複製的模板。在發現Taq酶之前,加熱過程也會使當時使用的大腸桿菌DNA聚合酶I失活。Taq酶的應用使PCR可在高溫下進行(~60°C),有助於提高引物專一性、減少非特異性產物。PCR只需在封閉試管中配合相對簡單的熱循環儀英語thermal cycler上進行。因此Taq酶是解決分子生物學中眾多有關DNA分析的問題的基石[2]

參見[編輯]

腳註[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Chien A, Edgar DB, Trela JM. Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus. J. Bact. 1976, 127 (3): 1550–7. PMC 232952. PMID 8432. 
  2. ^ 2.0 2.1 Saiki, RK; et al. Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase.. Science. 1988, 239 (4839): 487–91. PMID 2448875. doi:10.1126/science.2448875.  [失效連結]
  3. ^ 3.0 3.1 Saiki, RK; et al. Enzymatic amplification of beta-globin genomic sequences and restriction site analysis for diagnosis of sickle cell anemia. Science. 1985, 230 (4732): 1350–4. PMID 2999980. doi:10.1126/science.2999980. (原始內容存檔於2008-12-19). 
  4. ^ 4.0 4.1 Lawyer FC; 等. High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase .... PCR Methods Appl. 1993, 2 (4): 275–87. PMID 8324500. 
  5. ^ Tindall KR and Kunkel TA. Fidelity of DNA synthesis by the Thermus aquaticus DNA polymerase. Biochemistry. 1988, 27 (16): 6008–13. PMID 2847780. doi:10.1021/bi00416a027. 
  6. ^ Mullis KB. The unusual origin of the polymerase chain reaction. Sci. Am. April 1990, 262 (4): 56–61, 64–5. PMID 2315679. doi:10.1038/scientificamerican0490-56.