複製におけるDNAポリメラーゼの役割とは？

DNAポリメラーゼは、核酸分子の形で、DNAの新しいコピーを形成するための酵素です。

DNA複製は、既存のDNA分子の正確なコピーの合成に関与する細胞プロセスです。

DNA複製の間、DNAポリメラーゼは既存の/鋳型となるDNA鎖を読み取り、鋳型に相補的な新しいDNA鎖を合成する。

DNAポリメラーゼは、成長する鎖の3’末端にヌクレオチドを一度に1個ずつ付加する。

さらに、DNAポリメラーゼは、合成されたDNAの校正にも関与している。

DNAポリメラーゼとは

DNAポリメラーゼは、DNAの複製を司る酵素です。

鋳型となる鎖に含まれるヌクレオチドに応じて、成長するDNA鎖に相補的なヌクレオチドを付加する。

原核生物にはDNAポリメラーゼIからVがあり、DNAポリメラーゼIとIIIが原核生物のDNA複製の80％を担っている。

真核生物は、DNAポリメラーゼα、β、λ、γ、σ、μ、δ、ε、η、ι、κ、ζ、θ、Rev1を持っています。

DNAポリメラーゼを図1に示す。

図1: DNAポリメラーゼ

RNAウイルスなどのレトロウイルスは、RNA依存性DNAポリメラーゼを用いて、RNAを鋳型にDNAを合成する。

DNAの複製は、特定のDNA分子の正確なコピーが合成される細胞内のプロセスです。

細胞分裂に先立つ間期（S期）に行われる。

一般に、DNAは二本鎖であり、その両鎖がDNA複製の鋳型となる。

また、新しく合成されたDNA分子は、それぞれ古いDNA鎖から構成されています。

したがって、DNA複製は半保存的な過程です。

図2にDNA複製の様子を示します。

図2: DNAの複製

DNAの複製には、いくつかの酵素と多くのタンパク質が関わっています。

ヘリカーゼ、RNAプライマーゼ、DNAポリメラーゼは、複製に関与する酵素の一部です。

転写因子は、DNA複製に関与するタンパク質です。

DNAポリメラーゼは、複製の際にいくつかの機能を発揮します。

DNAポリメラーゼの主な働きは、新しいDNA鎖を合成することです。

これとは別に、DNAポリメラーゼは、プルーフリーディングと呼ばれるプロセスで、付加されたヌクレオチドの誤りを修正することにも関与しています。

校正は、二本鎖DNAの完全性を維持するのに役立つ。

新しいDNA鎖の合成 – DNAポリメラーゼは、相補的なヌクレオチドを3′から5′の方向に、リーディングおよびラギング鎖の両方に付加する。この過程の開始には、RNAプライマーが必要であり、RNAプライマーゼによって合成される。DNAポリメラーゼは、プライマーの3’末端から鋳型鎖に相補的なヌクレオチドの付加を開始する。
入ってきたヌクレオチドのダブルチェック – 一般に、正しい相補的なヌクレオチドは、成長する鎖の中で新しく入ってくるヌクレオチドと対になります。ホスホジエステル結合を形成する前に、DNAポリメラーゼは対になるヌクレオチドを二重にチェックする。図3にその様子を示す。

図3：プルーフリーディング

核外プルーフリーディング – しかし、成長する鎖に誤ったヌクレオチドが付加されることがあります。このようなヌクレオチドが付加された直後に、3′-5′エキソヌクレアーゼ活性を持つDNAポリメラーゼの別の触媒サブユニットが、成長する鎖から間違って対になっているヌクレオチドを消化し、正しいヌクレオチドを再合成する。

DNAポリメラーゼは、既存のDNA鎖を鋳型として新しいDNA鎖を合成する役割を担う酵素です。

また、DNAポリメラーゼは、DNAの完全性を維持するための校正機構も備えている。