Warum ist Taq Polymerase thermostabil? - Unterschied Zwischen

Warum ist Taq Polymerase thermostabil?

Taq Polymerase ist ein Enzym, das in der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) zur Synthese von DNA verwendet wird in vitro. Es ist analog zum E coli DNA-Polymerase 1. Es hält hohen Temperaturen stand, die bei der PCR verwendet werden, und behält seine enzymatische Aktivität bei. Taq Polymerase wird natürlicherweise in einem thermophilen Bakterium gefunden, das als bekannt ist Thermus aquaticus. Das Bakterium lebt in extrem heißen Umgebungen wie hydrothermalen Quellen und heißen Quellen. Daher ist es sehr thermostabil. Die optimale Temperatur für die Aktivität von Taq Polymerase beträgt 75 bis 80 ° C.

Wichtige Bereiche

1. Was ist Taq-Polymerase?
- Definition, Ort, Eigenschaften
2. Warum ist Taq-Polymerase thermostabil?
- Thermophile Natur von Thermus Aquaticus
3. Welche Rolle spielt Taq-Polymerase bei der PCR?
- Verwendung von Taq-Polymerase in der PCR

Schlüsselbegriffe: DNA-Polymerase 1, PCR, Taq-Polymerase, thermophile Bakterien, Thermus aquaticus


Was ist Taq Polymerase

Taq Polymerase ist eine im Handel erhältliche, thermostabile DNA-Polymerase, die in der PCR zur Synthese von DNA verwendet wird. Es wird aus dem Eubakterium abgeleitet Thermus aquaticus. Der natürliche Lebensraum des Bakteriums sind heiße Thermalquellen mit Umgebungstemperaturen von 70-75 ° C. Die Struktur von Taq Polymerase ist in gezeigt Abbildung 1.


1: Taq-Polymerase

Taq Polymerase ist eine 94 kD DNA-abhängige DNA-Polymerase, die homolog zu DNA-Polymerase 1 in ist E coli. Daher, Taq Polymerase besteht aus der 3'-OH-Nukleotid-Additionsstelle, der dNTP / DNA-Bindungsstelle und der 5'-zu-3'-Exonuklease-Stelle. Es fehlt jedoch eine Exonuklease-Domäne von 3 'bis 5' für das Korrekturlesen ankommender Nukleotide.

Warum ist Taq Polymerase thermostabil

Das Bakterium wo Taq Die natürlich vorkommende Polymerase ist thermophil. Es lebt in Umgebungen mit extremen Temperaturen wie hydrothermischen Öffnungen und heißen Quellen. Thermus aquaticus ist isoliert von den sprudelnden heißen Quellen des Yellowstone National Park in den USA. Wie Thermus aquaticus ist an die extremen Temperaturen angepasst, die Taq Polymerase, die aus dem Bakterium isoliert wird, kann auch höheren Temperaturen standhalten. Die heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks sind in dargestellt Figur 2.


Abbildung 2: Großer prismatischer Frühling im Yellowstone National Park

Welche Rolle spielt Taq-Polymerase bei der PCR?

Das Klenow-Fragment der DNA-abhängigen DNA-Polymerase 1 wurde erstmals in einer PCR eingesetzt, die nicht hitzestabil ist. Es fehlte jedoch die 5'-zu-3'-Exonuklease-Aktivität. Die optimale Temperatur des Klenow-Fragments beträgt 37 ° C. Daher musste der Reaktion in jedem Zyklus ein frisches Enzym zugesetzt werden. Das verbleibende Klenow-Fragment wurde während des bei 95 ° C stattfindenden Denaturierungsschritts der PCR denaturiert. Darüber hinaus konnte das Klenow-Fragment nur Fragmente mit weniger als 400 bp synthetisieren. Die Schritte der PCR sind in gezeigt Figur 3.


3: PCR
1 - Denaturierung bei 95 ° C, 2 - Tempern bei 68 ° C, 3 - Dehnung bei 72 ° C, 4 - Abschluss eines Zyklus

In der Zwischenzeit, 1966, entdeckte Thomas D. Brock das Thermophile, Thermus aquaticus aus den sprudelnden heißen Quellen des Yellowstone National Park in den USA. Danach die Taq Polymerase, aus der extrahiert wird Thermus aquaticus wurde in der PCR verwendet. Taq Polymerase wird verwendet, um die Primer durch Zugabe von Nukleotiden zur Matrize während der PCR zu verlängern. Während der PCR werden die Reaktanten auf 95 ° C erhitzt. Normale DNA-Polymerase würde durch diese hohe Temperatur denaturiert. Die optimale Temperatur ist jedoch für Taq Polymerase beträgt 75 bis 80 ° C. Weiterhin ist die Fehlerrate von Taq Polymerase ist ungefähr eines von einer Million Basenpaaren. Pfu ist eine andere Art von thermostabiler DNA-Polymerase, die anstelle von verwendet wird Taq Polymerase in der PCR. Es besitzt Korrekturfähigkeit. Daher ist es genauer als Taq Polymerase.

Referenz:

1. "Taq und andere thermostabile DNA-Polymerasen"SpringerLinkSpringer, Dordrecht, 1. Januar 1970,