概要
DNAポリメラーゼは、DNA合成を担う主要な酵素であり、5’から3’方向にDNAを合成します。原核生物（例：大腸菌）には3つの主要なDNAポリメラーゼ（I, II, III）が存在し、それぞれ異なる役割を果たします。DNA複製では、遺伝子コードを正確に子孫細胞へ引き継ぎ、突然変異を防ぐために高い忠実性が求められます。これを支える重要な機能の1つが、DNAポリメラーゼの持つ3’から5’方向の校正エキソヌクレアーゼ活性です。この機能により、複製エラーが検出されると、DNAポリメラーゼは1つの塩基対分だけ逆方向に進み、誤った塩基を除去した後、再びDNA合成を進めます。
プロカリオートの主要なDNAポリメラーゼの役割
| DNAポリメラーゼ | 役割 | 特徴 |
|---|---|---|
| DNAポリメラーゼI | RNAプライマーの除去、損傷DNAの修復 | 唯一5’から3’エキソヌクレアーゼ活性を持ち、RNAプライマーを除去できる |
| DNAポリメラーゼII | DNA複製と修復 | 3’から5’エキソヌクレアーゼ活性による校正機能 |
| DNAポリメラーゼIII | 主なDNA合成 | 高速で正確なDNA合成、3’から5’エキソヌクレアーゼ活性による校正機能 |
校正機能（エキソヌクレアーゼ活性）
原核生物のDNAポリメラーゼI、II、IIIのすべては、3’から5’方向のエキソヌクレアーゼ活性を持ち、これにより誤った塩基を検出し修正することが可能です。しかし、DNAポリメラーゼIはさらに5’から3’エキソヌクレアーゼ活性も持ち、これによりRNAプライマーの除去や、損傷DNAの修復を行う特別な機能を有しています。
その他のDNA複製に関与する酵素
| 酵素 | 役割 | 特徴 |
|---|---|---|
| トポイソメラーゼII（DNAジャイレース） | DNAが複製される際に生じる緊張を緩和 | 負のスーパーコイルを修正し、フルオロキノロン系抗生物質（例：シプロフロキサシン）によって阻害される |
| ヘリカーゼ | DNA二重らせんを解く | 複製開始前にDNAの2本鎖を分離し、複製フォークを形成 |
| リガーゼ | ラギング鎖の岡崎フラグメントを結合 | 不連続に合成されるDNA断片を繋ぐ |
| プライマーゼ | RNAプライマーの合成 | RNAプライマーをDNA鋳型上に合成し、DNAポリメラーゼが働くための開始点を提供 |
まとめ
プロカリオートにおいて、DNAポリメラーゼIは唯一5’から3’エキソヌクレアーゼ活性を持ち、これによりRNAプライマーの除去やDNA修復を行います。すべてのDNAポリメラーゼ（I, II, III）は3’から5’エキソヌクレアーゼ活性を持ち、これによってDNA複製中に生じたエラーを修正し、正確な遺伝情報の伝達を保証します。DNA複製には他にも、DNAの緊張を緩和するトポイソメラーゼや、DNA鎖を解くヘリカーゼなどの酵素も重要な役割を果たしています。