Taqポリメラーゼは、in vitroでDNAを合成するためのポリメラーゼ連鎖反応（PCR）で使用される酵素です。大腸菌DNAポリメラーゼ1に類似しています。PCRで使用される高温に耐えることができ、酵素活性を保持します。 Taqポリメラーゼは、Thermusaquaticusとして知られる好熱性細菌に自然に見られます。熱水噴出孔や温泉など、非常に暑い環境に生息しています。したがって、それは非常に熱安定性です。 Taqポリメラーゼの活性に最適な温度は75-80°Cです。

対象となる主要分野

1.Taqポリメラーゼとは –定義、場所、プロパティ 2.Taqポリメラーゼが熱安定性である理由 –サーマスアクアティカスの好熱性 3.PCRにおけるTaqポリメラーゼの役割は何ですか –PCRでのTaqポリメラーゼの使用

重要な用語：DNAポリメラーゼ1、PCR、Taqポリメラーゼ、好熱性細菌、Thermus aquaticus

Taqポリメラーゼとは何ですか

Taqポリメラーゼは、DNAを合成するためにPCRで使用される市販の耐熱性DNAポリメラーゼです。これは、サーマスアクアティカスと呼ばれる真正細菌に由来します。バクテリアの自然の生息地は、周囲温度が70-75°Cの温泉です。 Taqポリメラーゼの構造を図1に示します。

図1：Taqポリメラーゼ

Taqポリメラーゼは、94 kDのDNA依存性DNAポリメラーゼであり、大腸菌のDNAポリメラーゼ1と相同です。したがって、Taqポリメラーゼは、3'-OHヌクレオチド付加部位、dNTP / DNA結合部位、および5 'から3'へのエキソヌクレアーゼ部位で構成されています。しかし、入ってくるヌクレオチドの校正のための3 'から5'のエキソヌクレアーゼドメインを欠いています。

Taqポリメラーゼが熱安定性である理由

Taqポリメラーゼが自然に発生する細菌は好熱性です。熱水噴出孔や温泉などの極端な温度の環境に住んでいます。サーマスアクアティカスは、アメリカのイエローストーン国立公園の湧き出る温泉から隔離されています。 Thermus aquaticusは極端な温度での生活に適応しているため、細菌から分離されたTaqポリメラーゼは、より高い温度にも耐えることができます。。イエローストーン国立公園の温泉を図2に示します。

図2：イエローストーン国立公園のグランドプリズマティックスプリング

PCRにおけるTaqポリメラーゼの役割は何ですか

DNA依存性DNAポリメラーゼ1のクレノウフラグメントは、熱安定性のないPCRで最初に使用されました。しかしながら、それは5 'から3'のエキソヌクレアーゼ活性を欠いていた。クレノウフラグメントの最適温度は37°Cです。したがって、各サイクルごとに新しい酵素を反応に追加する必要がありました。残りのクレノウフラグメントは、95°Cで行われるPCRの変性ステップ中に変性されました。さらに、クレノウフラグメントは400bp未満のフラグメントしか合成できませんでした。 PCRのステップを図3に示します。

図3：PCR 1 – 95°Cでの変性、2 – 68°Cでのアニーリング、3 – 72°Cでの伸長、4 –サイクルの完了

一方、1966年、トーマスD.ブロックは、米国のイエローストーン国立公園の温泉から好熱菌、サーマスアクアティカスを発見しました。その後、Thermusaquaticusから抽出したTaqポリメラーゼをPCRに使用しました。 Taqポリメラーゼは、PCR中にテンプレートにヌクレオチドを追加することによってプライマーを拡張するために使用されます。 PCR中、反応物は95℃に加熱されます。通常のDNAポリメラーゼは、この高温によって変性します。ただし、Taqポリメラーゼの最適温度は75〜80°Cです。さらに、Taqポリメラーゼのエラー率は、100万塩基対ごとに約1つです。 Pfu PCRでTaqポリメラーゼの代わりに使用される別のタイプの耐熱性DNAポリメラーゼです。校正能力があります。したがって、Taqポリメラーゼよりも正確です。

リファレンス：

1.「Taqおよびその他の耐熱性DNAポリメラーゼ」。 SpringerLink、Springer、Dordrecht、1970年1月1日、ここで入手可能。

画像提供：

1.アデノシンによる「Taq」– Commons Wikimediaによる自作（CC BY-SA 3.0）2。「GrandPrismatic Spring、Yellowstone National Park（3646969937）」米国のFrank Kovalchek – Grand Prismatic Spring、Yellowstone National Park（CC BY 2.0）コモンズウィキメディア経由3.コモンズウィキメディア経由のマグナスマンスケ（CC BY-SA 3.0）による「Pcr」