Taq聚合酶 是由錢嘉韻于1976年从嗜热 细菌水生棲熱菌 中分离出的DNA聚合酶 [ 1] 。Taq聚合酶的常用简称有Taq Pol (或Taq酶 )。Taq酶常用于放大短DNA片段的聚合酶链式反应 中(PCR )。
水生棲熱菌生活在温泉 与深海热泉 中,从其中分离的Taq酶可承受PCR 中所需要的高温[ 1] [ 2] 。因此Taq酶取代了原先用于PCR 中的大肠杆菌 DNA聚合酶[ 3] 。Taq酶的最适活性温度为75–80°C,在92.5°C时半衰期高于2小时,95°C时为40分钟,97.5°C时为9分钟;Taq酶可在72°C时于10秒内复制一含有1000个碱基对 的DNA[ 4] 。
Taq酶的缺点之一是缺乏从3'端 到5'端 的外切酶 校正 活性[ 4] ,从而导致Taq在复制时保真度不高。原先测得的错误率为每9000个核苷酸中出现1次错误[ 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
二十世纪八十年代初凯利·穆利斯 在鲸鱼座集团 研究DNA合成在生物科技上的应用。穆利斯熟悉DNA寡核苷酸 作为目标DNA探针、作为DNA测序 引物 、作为cDNA 合成引物的技术。穆利斯在1983年开始尝试将两个引物与目标DNA片段杂交 后加入DNA聚合酶,此方法可以实现指数级别的DNA复制[ 6] ,放大了两前体中间的DNA片段[ 3] 。但在每轮复制后需要将混合物加热到90°C以上使新合成的DNA熔解 ;两条DNA链分开后方可成为下一轮复制的模板。在发现Taq酶之前,加热过程也会使当时使用的大肠杆菌 DNA聚合酶I 失活。Taq酶的应用使PCR 可在高温下进行(~60°C),有助于提高引物专一性、减少非特异性产物。PCR 只需在封闭试管中配合相对简单的热循环仪 上进行。因此Taq酶是解决分子生物学中众多有关DNA分析的问题的基石[ 2] 。
参见
脚注
^ 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 .
^ 2.0 2.1 Saiki, RK; et al. Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase. . Science . 1988, 239 (4839): 487–91 [2014-05-15 ] . PMID 2448875 . doi:10.1126/science.2448875 . (原始内容 存档于2008-12-19).
^ 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 [2014-05-15 ] . PMID 2999980 . doi:10.1126/science.2999980 . (原始内容 存档于2008-12-19).
^ 4.0 4.1 Lawyer FC; et al. High-level expression, purification, and enzymatic characterization of full-length Thermus aquaticus DNA polymerase .... PCR Methods Appl. 1993, 2 (4): 275–87. PMID 8324500 .
^ 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 .
^ 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 .