Varför är Taq Polymerase Thermostable

Taq polymeras är ett enzym som används i polymeraskedjereaktion (PCR) för att syntetisera DNA in vitro. Det är analogt med E coli DNA-polymeras 1. Det kan tåla höga temperaturer som används i PCR, behåller dess enzymatiska aktivitet. Taq polymeras finns naturligt i en termofil bakterie som är känd som Thermus aquaticus. Bakterien lever i extremt varma miljöer som hydrotermiska ventiler och heta källor. Därför är den mycket termostabil. Den optimala temperaturen för aktiviteten hos Taq polymeras är 75-80 ° C.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är Taq Polymerase
     - Definition, Plats, Egenskaper
2. Varför är Taq Polymerase Thermostable
     - Thermophilic Nature of Thermus Aquaticus
3. Vad är rollen för Taq-polymeras i PCR
     - Användning av Taq-polymeras i PCR

Nyckelord: DNA-polymeras 1, PCR, Taq-polymeras, termofila bakterier, Thermus aquaticus

Vad är Taq polymeras

Taq polymeras är ett kommersiellt tillgängligt termostabilt DNA-polymeras som används i PCR för att syntetisera DNA. Det härrör från det eubacterium som kallas Thermus aquaticus. Den naturliga livsmiljön hos bakterien är heta värmekällor med omgivande temperaturer på 70-75 ° C. Strukturen av Taq polymeras visas i Figur 1.

Figur 1: Taq-polymeras

Taq polymeras är ett 94 kD DNA-beroende DNA-polymeras, vilket är homologt med DNA-polymeras 1 i E coli. Därav, Taq polymeras är sammansatt av 3'-OH nukleotidadditionsställe, dNTP / DNA-bindningsstället och 5 'till 3'-exonukleasstället. Det saknar emellertid 3 'till 5' exonukleasdomän för korrekturläsning av inkommande nukleotider. 

Varför är Taq Polymeras Termostabil

Bakterien där Taq polymeras uppstår naturligt termofilt. Den lever i miljöer med extrema temperaturer som hydrotermiska ventiler och heta källor. Thermus aquaticus är isolerad från de fizzing heta källorna i Yellowstone National Park i USA. Som Thermus aquaticus är anpassad att leva i de extrema temperaturerna, Taq polymeras som är isolerat från bakterien kan också motstå högre temperaturer. Hot Springs i Yellowstone National Park visas i figur 2.

Figur 2: Grand Prismatic Spring i Yellowstone National Park

Vad är rollen för Taq-polymeras i PCR

Klenow-fragmentet av DNA-beroende DNA-polymeras 1 användes först i PCR som inte är värmestabil. Det saknade emellertid 5'-3'-exonukleasaktiviteten. Den optimala temperaturen för Klenow-fragmentet är 37 ° C. Därför måste ett friskt enzym sättas till reaktionen per varje cykel. Det återstående Klenow-fragmentet denaturerades under detatureringssteget av PCR som uppträder vid 95 ° C. Dessutom kunde Klenow-fragmentet endast syntetisera mindre än 400 bp-fragment. Stegen med PCR visas i figur 3.

Figur 3: PCR
1 - Denaturering vid 95 ° C, 2 - Annealing vid 68 ° C, 3 - Förlängning vid 72 ° C, 4 - Slutförande av en cykel

Under tiden upptäckte Thomas D. Brock år 1966 termofilen, Thermus aquaticus från de fizzing heta källorna i Yellowstone National Park i USA. Därefter Taq polymeras, som extraheras från Thermus aquaticus användes i PCR. Taq polymeras används för att förlänga primrarna genom tillsats av nukleotider till mallen under PCR. Under PCR upphettas reaktanterna till 95 ° C. Normalt DNA-polymeras skulle denatureras genom denna höga temperatur. Den optimala temperaturen för Taq polymeras är 75-80 ° C. Dessutom är felfrekvensen för Taq polymeras är ungefär en i varje miljon baspar. pfu är en annan typ av termostabil DNA-polymeras som används istället för Taq polymeras i PCR. Den har korrekturläsningsförmåga. Därför är det mer exakt än Taq polymeras.

Referens:

1. "Taq och andra termostabila DNA-polymeraser". Springer, Springer, Dordrecht, 1 Jan. 1970, Tillgänglig här.

Image Courtesy:

1. "Taq" av Adenosine - eget arbete (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons
2. "Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park (3646969937)" Av Frank Kovalchek från USA - Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park (CC BY 2.0) via Wikimedia Commons
3. "Pcr" Av Magnus Manske (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia