PCR酶种类

分子生物学中各种PCR酶种类，包含DNA聚合酶/DNA依赖的DNA聚合、逆转录酶/RNA依赖的DNA 聚合酶、RNA聚合酶/转录酶、蛋白酶K、修复酶、解旋酶、限制性酶/限制性核酸内切酶、UDG酶/尿嘧啶DNA糖基化酶/尿嘧啶 -N- 糖基化酶/UNG酶等。

PCR酶种类

• DNA聚合酶/DNA依赖的DNA聚合酶
  • 原核生物DNA聚合酶
    • 大肠杆菌DNA聚合酶I
      • 具有5'到3'聚合酶活性（聚合作用）
      • 具有5'到3'外切酶活性（切除修复作用）
    • 大肠杆菌DNA聚合酶II
      • 参与DNA修复
      • 具有3'到5'外切酶活性（校对作用）
    • 大肠杆菌DNA聚合酶III
      • 主要复制酶
      • 具有3'到5'外切酶活性
  • 真核生物DNA聚合酶
    • DNA聚合酶α
      • 起始DNA复制
      • 与引物合成相关
    • DNA聚合酶β
      • 参与DNA修复
      • 无外切酶活性
    • DNA聚合酶γ
      • 线粒体DNA复制
      • 对线粒体DNA突变敏感
    • DNA聚合酶δ和ε
      • 负责DNA链的延伸
      • 具有校对功能
  • 热稳定DNA聚合酶
    • Taq DNA聚合酶
      • 来源：嗜热细菌-Thermus aquaticus（水生栖热菌）
      • 分类：（1）rTaq酶；（2）LTaq酶：保真性更强，耐热性也比rTaq酶好
      • 特点
        • 高耐热性
          • 适合高温PCR反应
          • 减少非特异性扩增
        • 具有5'到3'聚合酶活性（聚合作用）
        • 具有5'到3'外切酶活性（切除修复作用）
        • 保真性较低（缺乏3'到5'外切酶活性）
          • 降低校对能力
          • 增加突变率
          • 保真性主要靠镁离子和dNTPs的浓度和比例来实现
        • 3'末端有一个A碱基突出
    • 热启动Taq DNA聚合酶
      • 来源：Taq DNA聚合酶被修饰（化学修饰、抗体修饰、配体修饰）
      • 特点：在反应体系加热至高温之前，Taq DNA 聚合酶活性被“修饰”抑制，进而抑制低温条件下的非特异性扩增
      • 举例：（1）HotStart Taq DNA聚合酶（抗体修饰）；（2）AmpliTaq Gold DNA 聚合酶（化学修饰）
    • Pfu DNA聚合酶
      • 来源：嗜热细菌-Pyrococcus furiosus（激烈火球菌）
      • 特点
        • 高耐热性
          • 适合高温PCR反应
          • 减少非特异性扩增
        • 具有5'到3'聚合酶活性（聚合作用）
        • 高保真：具有3'到5'外切酶活性（校对作用），Pfu Ultra高保真DNA 聚合酶保真性提高3倍以上
        • PCR产物为平滑末端
        • 缺点：延伸速率比Taq酶低近6倍
      • 应用：基因筛选、克隆表达、突变检测、定点突变等
    • Taq DNA聚合酶与Pfu DNA聚合酶按一定比例混合
      • Taq-Plus DNA聚合酶：Taq和Pfu聚合酶的混合物，扩增长度增加、保真度好、扩增速率快
      • LA Taq DNA聚合酶：LA PCR原理研制，保真性较强，准确率较高，可用于T/A载体克隆
      • Ex-Taq DNA聚合酶
  • 耐热DNA聚合酶
    • Afu DNA聚合酶
      • 来源：嗜热古菌-Archaeoglobus fulgidus（闪烁古生球菌）
      • 应用
        • 高保真PCR
          • 用于基因克隆
          • 用于序列分析
        • 长片段PCR
          • 扩增长DNA片段
          • 用于基因组研究
    • KOD DNA聚合酶
      • 来源：嗜热古菌-Pyrococcus kodakaraensis（超嗜热原始菌）
      • 特点
        • 超强的3'到5'核酸外切酶活性（校正作用）
        • 保真性比Pfu DNA Polymerase更高，约为Taq酶的50倍
        • 扩增速度达到Taq酶的2倍，Pfu酶的6倍
      • 应用
        • 高保真PCR
          • 用于基因克隆
          • 用于序列分析
        • 长片段PCR
          • 扩增长DNA片段
          • 用于基因组研究
        • 特别适合于高保真地扩增6kb以内的PCR产物
  • 校对型DNA聚合酶
    • Pab DNA聚合酶
      • 来源：嗜热细菌-Pyrococcus abyssi（深渊热球菌）
      • 应用
        • 高保真PCR
          • 用于要求高准确性的实验
          • 用于构建无突变的DNA文库
        • SNP分析
          • 用于单核苷酸多态性分析
          • 用于基因分型
    • Tth DNA聚合酶
      • 来源：嗜热细菌-Thermus thermophilus（嗜热栖热菌）
      • 特点
        • 耐热性比Taq 聚合酶高，适用于高GC含量的PCR反应
        • 具有RTase 活性，在Mn2+存在的情况下，RTase活性会得到强化
        • 扩增速度达到Taq酶的2倍，Pfu酶的6倍
        • 高保真性
          • 减少PCR过程中的错误
          • 提高扩增片段的准确性
        • 具有3'到5'外切酶活性
          • 校对新合成的DNA链
          • 移除错误配对的核苷酸
      • 应用
        • 高保真PCR
          • 用于要求高准确性的实验
          • 用于构建无突变的DNA文库
        • SNP分析
          • 用于单核苷酸多态性分析
          • 用于基因分型
  • 链置换DNA聚合酶
    • 举例：（1）Bst DNA聚合酶（来源于 Bacillus stearothermophilus）；（2）Bca best DNA聚合酶；（3）Klenow DNA聚合酶；（4）phi29 DNADNA聚合酶
    • 特点
      • 去除了其 5’-3’核酸外切酶活性，但保留了 5’-3’ DNA 聚合酶活性和强链置换活性
      • 增加了dUTP耐受性，非常适合于防污染的等温扩增反应
    • 适用于恒温扩增平台
  • 修饰型DNA聚合酶
    • 特点
      • 结合其他功能
        • 如荧光标记
        • 如生物素标记
      • 用于特殊PCR技术
        • 如实时定量PCR
        • 如多重PCR
    • 来源
      • 自然界中的酶
        • 经过化学修饰
        • 经过基因工程改造
      • 基因工程酶
        • 通过基因重组技术
        • 通过蛋白质工程
    • 应用
      • 实时定量PCR
        • 用于定量分析
        • 用于基因表达研究
      • 多重PCR
        • 同时扩增多个目标序列
        • 用于基因分型和突变检测
• 逆转录酶/RNA依赖的DNA 聚合酶
  • 来源
    • 逆转录病毒
      • HIV病毒中的逆转录酶
      • 用于病毒RNA的逆转录
    • 逆转录试剂盒
      • 用于实验室研究
      • 提供逆转录酶
  • 功能
    • 将RNA模板转录为cDNA
      • 用于cDNA文库构建
      • 用于基因表达分析
    • 用于RTPCR
      • 实时定量PCR
      • 用于检测特定RNA的表达水平
  • 举例：（1）M-MLV（来源于莫洛尼鼠白血病病毒）；（2）AMV(来源于禽成髓细胞瘤病毒）
• RNA聚合酶/转录酶
  • 专门催化5'→3'方向的RNA形成过程。
• 蛋白酶K
  • 用于质粒或基因组DNA、RNA的分离和抽提。
• UDG酶/尿嘧啶DNA糖基化酶/尿嘧啶 -N- 糖基化酶/UNG酶
  • 操作环境中的气溶胶污染是造成PCR结果假阳性最常见的因素,UDG酶与dUTP搭配使用，可建立PCR防污染体系。
  • 热敏性UDG：在50℃ 5min即完全失活。
• 限制性酶/限制性核酸内切酶
  • 来源
    • 细菌
    • 基因工程改造
  • 功能
    • DNA片段的切割
    • DNA片段的连接
  • 应用
    • 基因工程
    • 分子克隆
• 解旋酶
  • 功能：利用ATP水解提供的能量来解开双链DNA核苷酸配对形成的氢键，从而形成单链DNA
  • 常用解旋酶：大肠杆菌的UvrD和T7噬菌体的gp4
• 修复酶
  • 来源
    • 真核生物
      • 修复DNA损伤
      • 维持基因组稳定性
    • 原核生物
      • 修复DNA损伤
      • 保护细胞免受DNA损伤影响
  • 功能
    • 修复DNA损伤
      • 识别损伤位点
      • 修复或切除损伤DNA
    • 维持DNA复制的准确性
      • 修复复制过程中的错误
      • 保证DNA复制的保真性
  • 应用
    • DNA损伤修复研究
      • 用于研究DNA损伤机制
      • 用于开发DNA损伤修复抑制剂
    • 基因治疗
      • 用于修复遗传性疾病相关的基因突变
      • 用于癌症治疗中的基因修复策略