Language
Country/Area
No result found
Tạo tác tái tạo sự sống: Tại sao DNA Polymerase ổn định nhiệt là ngôi sao của PCR?
Trong lĩnh vực kỹ thuật di truyền và sinh học phân tử, sự xuất hiện của DNA polymerase chịu nhiệt chắc chắn là một bước đột phá mang tính cách mạng. Những enzyme này của Công nghệ sinh học Rexi đã cho phép phát triển nhanh chóng công nghệ phản ứng chuỗi polymerase (PCR) và được sử dụng rộng rãi trong sao chép gen, liệu pháp gen và nhiều lĩnh vực công nghệ sinh học khác.
Các DNA polymerase chịu nhiệt có các đặc tính được chọn lọc tự nhiên cho phép chúng duy trì chức năng ở nhiệt độ cao, loại bỏ nhu cầu bổ sung enzyme thường xuyên trong PCR.
Đặc điểm của DNA polymerase bền nhiệt
DNA polymerase chịu nhiệt thường có nguồn gốc từ vi khuẩn ưa nhiệt hoặc vi khuẩn cổ, và các enzyme này có hoạt tính tuyệt vời ở nhiệt độ cao. Hầu hết các polymerase này có hoạt tính trùng hợp 5'→3' và có hoạt tính exonuclease 5'→3' hoặc 3'→5'.
Cấu trúc và chức năng của nó
Cấu trúc của các polymerase này có hình dạng giống như một bàn tay, với ngón tay cái, lòng bàn tay và các ngón tay. Chức năng của ngón tay cái là liên kết và di chuyển DNA sợi đôi, lòng bàn tay mang trung tâm hoạt động của polymerase và các ngón tay chịu trách nhiệm liên kết các chất nền, chẳng hạn như DNA mẫu và nucleotide triphosphate.
Polymerase từ các nguồn khác nhau
Trong số các DNA polymerase chịu nhiệt của vi khuẩn, enzyme Taq được sử dụng rộng rãi do hiệu quả tuyệt vời của nó. Ngoài ra còn có các loại polymerase như Tfl, Tma, Tne, Tth và Bst. Ngược lại, các polymerase lưu trữ bao gồm Pfu, Pwo, v.v. Hầu hết các polymerase này có khả năng sửa các lỗi tổng hợp, nghĩa là hoạt động exonuclease 3 '→ 5'.
Một hỗn hợp các polymerase của vi khuẩn cổ và vi khuẩn đã được chứng minh là có khả năng tổng hợp hiệu quả các đoạn DNA lên tới 35 kb trong PCR phạm vi dài nhất.
Tốc độ và khả năng xử lý của polymerase
Tốc độ tổng hợp của các loại polymerase khác nhau rất khác nhau. Ví dụ, Taq polymerase có tốc độ tổng hợp là 60 nucleotide mỗi giây, trong khi KOD polymerase có thể đạt được 120 nucleotide mỗi giây. Những đặc tính này ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất phản ứng trong các ứng dụng PCR.
Tỷ lệ lỗi và năng suất
Tỷ lệ lỗi là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng polymerase. Taq polymerase có tỷ lệ lỗi khoảng 8 lỗi trên 1.000 nucleotide, trong khi Pfu polymerase có tỷ lệ lỗi thấp dưới 1 lỗi. Nói chung, polymerase của vi khuẩn tạo ra năng suất cao hơn nhưng đi kèm với nhiều lỗi sao chép hơn, trong khi polymerase của vi khuẩn cổ tạo ra ít DNA hơn nhưng tinh khiết hơn.
Trường ứng dụng
Ngoài ứng dụng trong công nghệ PCR, DNA polymerase chịu nhiệt còn cho thấy tầm quan trọng của chúng trong nhiều ngành sinh học, bao gồm phiên mã RNA, PCR định lượng (QPCR), gây đột biến theo yêu cầu và giải trình tự DNA. Những kỹ thuật này giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về các thành phần cơ bản của sự sống và cách thức hoạt động của nó.
Bối cảnh lịch sử
Năm 1976, Alice Chiến lần đầu tiên mô tả Taq polymerase chịu nhiệt, và vào năm 1988, Randall K. Saiki đưa nó vào công nghệ PCR, đánh dấu một sự thay đổi lớn trong công nghệ sao chép gen. Trong những năm tiếp theo, việc nhân bản gen và cải tiến polymerase cũng như ứng dụng các công nghệ PCR hiệu suất cao khác nhau tiếp tục phát triển.
Theo thời gian, ngày càng có nhiều nghiên cứu tập trung vào cách cải thiện hơn nữa hiệu suất của DNA polymerase chịu nhiệt để đáp ứng nhu cầu khoa học ngày càng tăng.
Tuy nhiên, với sự phát triển của DNA polymerase chịu nhiệt, những thách thức mới liên tục xuất hiện, chẳng hạn như làm thế nào để cải thiện hơn nữa độ chính xác và hiệu quả của chúng trong chỉnh sửa gen và sinh học tổng hợp. Những câu hỏi này khiến mọi người suy nghĩ về việc các polymerase trong tương lai sẽ đối mặt với những thách thức này như thế nào.
