1.5 DNA聚合酶的活性位点——The DNA Polymerase Active Site

  • DNA聚合酶可以催化多少种反应？

    4种，每种核苷酸算作1种，例G催化C结合反应

    但如果考虑到之前的碱基，引物也是底物的一部分，每个新来的核苷酸可以接在4种不同的核苷酸之上，如果先前的核苷酸也参与反应，如果前面是一个C，那么所进行的反应就会不同于G，或与嘌呤、嘧啶的反应都有区别。所以你们可以认为DNA聚合酶催化至少16种不同的反应

  • DNA聚合酶有几个活性位点？

    一个

    尽管他催化很多种不同的反应，但它只有一个活性位点，那么一个活性位点如何催化多种dNTP呢？

    我们通常考虑到的酶与之不同，例如 如果你想要将亮氨酸换成精氨酸，或在合成这些氨基酸的时候加上一个羧基，给精氨酸和亮氨酸加羧基的过程，需要两种完全不同的酶来催化，这里只有一种酶却能做到这些，那他是怎么做到的呢？

    DNA聚合酶是利用盲文来工作的，它之所以不关心是什么核苷酸在进行聚合，就是因为这种特性。DNA结构非常规律规整，这些中间蓝色区域的碱基对，每一对都是什么并不重要，它们看起来都一样，它们之间只有一些细微的差别，但是结构非常相似

    四种核苷酸产生的碱基配对，TA GC AT CG 都具有相同的结构，或者更准确的说，它们具有相同的规格，这个距离(黑色线)，在四种碱基配对方式之间是相等的，这四种核苷酸是以完全相同的方式排列的，这样一来，只需一种酶就可以催化那些不同的反应了

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    • 原理

      核苷酸必须保证碱基互补配对，这样催化反应才能发生，当碱基配对正确之后，你只需将这个三磷酸基团放到正确的位置，引物上3’端的羟基就可以进行一项细胞内的大多数化学反应中都存在的反应即双分子亲核攻击，发生在箭头指的那个磷酸上，敲掉焦磷酸盐，聚合反应继续，但如果你想要让腺嘌呤和腺嘌呤来配对，尽管在结合处有一定的亲和力，但磷酸无法处在正确的位置上，因而也无法让羟基与之作用，它所在的位置会随着错配类型的不同而改变，但没有一种错配会让它处在正确的位置上

      之所以将碱基配对作为催化的前提，是因为这样反应物才能处在正确的位置上使催化反应，关键是$\alpha$-磷酸和3‘OH的位置，需要处在正确的位置上，这样它们才能进行反应

      这其中关键之处在于，各种碱基对的尺寸相似，正确的碱基配对能让3’OH所处的位置离dNTP的$\alpha$-磷酸最近，细胞就是通过这种方式，保证DNA聚合时双链正确配对，基本上这一过程产生的错误越多，反应进行的就越慢

      事实上错配也有可能会发生，但总体来讲，这种反应发生的速率太慢，以至于在错配可能发生之前，这个核苷酸就已经离开活性位点了，在碱基没有配对的情况下，亲和力很低，不足以让那核苷酸在活性位点上停留足够长时间，来允许催化反应的发生，但是正确配对的碱基对不仅会结合的更加紧密，而且所处的相对位置会使得反应更快地进行，因此时间和亲和力这两点保证了正确反应的发生

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