主な違い – DNAポリメラーゼ1と3
原核生物のDNA複製には、DNAポリメラーゼ1と3という2種類のポリメラーゼが関与している。
DNAポリメラーゼは、親鎖にヌクレオチドを組み込んで、新しいDNA鎖の合成を助ける。
DNAポリメラーゼ1と3は、ともに5’から3’方向の複製活性を持つ。
DNAポリメラーゼ1は、5’から3’および3’から5’の両方のエキソヌクレアーゼ活性を有している。
しかし、DNAポリメラーゼ3は、3’から5’へのエキソヌクレアーゼ活性のみを有する。
DNAポリメラーゼ1と3の主な違いは、DNAポリメラーゼ1が断片からプライマーを取り除き、その隙間を関連するヌクレオチドで置き換えることに関与するのに対し、DNAポリメラーゼ3は主にリーディング鎖とラギング鎖の合成に関与する点です。
DNAポリメラーゼ1とは
DNAポリメラーゼ1は、DNAポリメラーゼの一種で、重合活性、プルーフリーディング活性、プライマー除去活性を有する。
DNAポリメラーゼ1は、1956年にArthur Kornbergによって初めて発見された。
この発見により1959年にノーベル賞が授与された。
DNAポリメラーゼ1はpolA遺伝子によってコードされている。
PolA遺伝子の大きさは3000bpです。
DNAポリメラーゼ1は原核生物のDNA複製に関与しており、5’から3’方向に新しいDNA鎖を合成するのを助けている。
さらに、DNAポリメラーゼ1は、ギャップの充填、修復、組換えにも関与している。
DNAポリメラーゼ1は、二本鎖DNAの隙間を埋める酵素であり、DNA修復に重要です。
DNAポリメラーゼ1は、3′-5’エキソヌクレアーゼ活性と5′-3’エキソヌクレアーゼ活性を併せ持つ。
5′-3’エキソヌクレアーゼ活性は、一本鎖および二本鎖のDNAを5′-3’方向に分解する。
DNAポリメラーゼ1ホロ酵素から5′-3’エキソヌクレアーゼ活性が除去されると、残った分子はクレノフフラグメントと呼ばれる。
クレノフフラグメントは、DNAの増幅反応に有用な分子です。
ミスマッチ修復の際に重要です。
図1に、DNAポリメラーゼ1の3つの機能ドメインを示す。
DNAポリメラーゼ3とは
DNAポリメラーゼ3は、原核生物のDNA複製に関与する主要な酵素です。
DNAポリメラーゼ3は5’から3’への重合活性を持ち、成長する鎖の3’末端で新しいヌクレオチドが付加される。
この酵素は、入力されたヌクレオチドが鋳型鎖と塩基対を形成するのを補助する。
DNAポリメラーゼ3のもう一つの機能は、複製されたDNAを校正することである。
DNAポリメラーゼ3は、3’から5’へのエキソヌクレアーゼ活性を持っています。
したがって、この酵素は、付加されたばかりのヌクレオチドを読み取り、鋳型鎖とのミスマッチがあれば、それを除去して再合成を行う。
このように、DNAポリメラーゼ3はゲノムの安定性を維持するために重要な役割を担っています。
：図2 DNAポリメラーゼ3
DNAポリメラーゼ3のホロ酵素は、10個のサブユニットからなり、2つのDNAポリメラーゼに分かれて配置されている。
αサブユニットは触媒作用のあるサブユニットです。
εサブユニットは、3’から5’への校正活性を持つ。
θサブユニットは機能未知です。
αサブユニットはdnaE遺伝子によってコードされている。
εサブユニットとθサブユニットはdnaQとholE遺伝子によってコードされている。
DNAポリメラーゼ3の構造を図2に示す。
DNAポリメラーゼ1と3の類似性
- DNAポリメラーゼ1とDNAポリメラーゼ3は、DNAポリメラーゼの2つのファミリーです。
- 原核生物のDNA複製には、DNAポリメラーゼ1もDNAポリメラーゼ3も関与している。
- DNAポリメラーゼ1もDNAポリメラーゼ3もポリメラーゼ活性とエキソヌクレアーゼ活性を併せ持つ。
- 両DNAポリメラーゼは、半保存的にDNA複製を行う。
DNAポリメラーゼ1と3の違い
定義
DNAポリメラーゼ1：polA遺伝子にコードされるDNAポリメラーゼで、原核生物のDNAの複製に関与している。
DNAポリメラーゼ3：DNAポリメラーゼ3は、原核生物のDNA複製を助ける主要な酵素です。
ディスカバリー
DNAポリメラーゼ1：1956年、Arthur Kornbergによって発見された。
DNAポリメラーゼ3：1970年にThomas KornbergとMalcolm Geferによって発見された。
エンコード方式
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1は、polyA遺伝子によってコードされている。
DNAポリメラーゼ3：dnaE、dnaQ、holE遺伝子によってコードされる。
ファミリー
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1は、DNAポリメラーゼファミリーAに属します。
DNAポリメラーゼ3：DNAポリメラーゼ3は、DNAポリメラーゼファミリーCに属します。
エキソヌクレアーゼ活性
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1は、3’→5’エキソヌクレアーゼ活性と5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を併せ持つ。
DNAポリメラーゼ3：DNAポリメラーゼ3は3′-5’エキソヌクレアーゼ活性のみを有する。
機能
DNAポリメラーゼ1：RNAプライマーを5’方向から3’方向へ除去する。
DNAポリメラーゼ3：3’末端にデオキシリボ核酸を付加する。
RNAプライマー
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1がRNAプライマーを除去する。
DNAポリメラーゼ3：DNAポリメラーゼ3は、DNAを合成するためにRNAプライマーを必要とする。
DNA合成
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1は、成長するポリヌクレオチド鎖にヌクレオチドを付加する。
DNAポリメラーゼ3：原核生物において、DNAを合成する重要な酵素。
遅れている/リードしているストランド
DNAポリメラーゼ1：DNAポリメラーゼ1は、遅発鎖にのみ作用する。
DNAポリメラーゼ3：DNAポリメラーゼ3は、複製フォークのリーディングストランドとラギングストランドの両方に作用する。
DNAの合成速度
DNAポリメラーゼ1：1秒間に10〜20個のヌクレオチドを付加することができる。
DNAポリメラーゼ3：1秒間に約1000個のヌクレオチドを付加することができる。
結論
原核生物のDNA複製には、DNAポリメラーゼ1と3の2種類のポリメラーゼが関与している。
両者とも5′-3’重合活性を持つ。
また、両酵素ともプルーフリーディングのための3′-5’エキソヌクレアーゼ活性を持つ。
DNAポリメラーゼ3の主な機能は、重合に関わる機能です。
しかし、DNAポリメラーゼ1は5′-3’エキソヌクレアーゼ活性を持っています。
5′-3’エキソヌクレアーゼ活性により、DNAポリメラーゼ1はプライマーを除去することができる。
また、フォーミングギャップはDNAポリメラーゼ1によって埋められる。
従って、DNAポリメラーゼ1と3の主な違いは、原核生物のDNA複製における役割です。
