Taq 聚合酶是從嗜熱細(xì)菌水生棲熱菌中提取的熱穩(wěn)定（熱穩(wěn)定）DNA 聚合酶。  它的主要功能是聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR) 技術(shù)，它使擴(kuò)增特定 DNA 序列的重復(fù)步驟自動化。  聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以使 DNA 分子增加多達(dá)十億倍。  這會產(chǎn)生大量特定基因，并在多種應(yīng)用中下游使用。

Taq DNA 聚合酶已包含在稱為家族 A 的 DNA 聚合酶家族中。PCR 使用來自（僅）家族 A 和家族 B DNA 聚合酶的 DNA 聚合酶。  家族 DNA 聚合酶包括 Tth 和 Tma DNA 聚合酶以及 Taq，并具有 5'-3' 外切核酸酶活性，但通常缺乏 3'-5'。  在沒有 3'-5' 核酸外切酶活性的情況下，A 族聚合酶在摻入堿基對時容易出錯。

相反，B 族 DNA 聚合酶具有高保真度（或校對）。   該家族包括 Pfu、Kod 和 Tli。  它們具有內(nèi)在的 3'-5' 核酸外切酶活性，但缺乏 5'-3' 核酸外切酶活性。  這能夠在 DNA 合成過程中去除錯誤摻入的核苷酸，從而提高其相對于 A 族聚合酶的準(zhǔn)確性。

簡而言之 PCR 擴(kuò)增

PCR 技術(shù)涉及的步驟包括將 DNA 與過量的對選定基因組序列特異的引物孵育。  DNA聚合酶負(fù)責(zé)使用目標(biāo)鏈作為模板來延伸引物。

1、變性 (94°C)： 孵育后，加熱 PCR 混合物以分離 DNA 鏈

2、退火 (55-65°C)： 這使引物能夠與新擴(kuò)增的 DNA 的互補(bǔ)區(qū)域雜交。

3、延伸 (72°C)： Taq 聚合酶介導(dǎo)的引物結(jié)合序列的酶促復(fù)制。 這在 70°C 時以每秒約 60 個堿基的速率發(fā)生

該過程重復(fù)數(shù)次以增加拷貝數(shù)。  使用嗜熱 DNA 聚合酶（如 Taq 聚合酶）可防止酶在加熱步驟中發(fā)生變性，這是分離新合成鏈所必需的——這隨后簡化了 PCR 技術(shù)并提高了其效率。

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Taq 聚合酶的酶動力學(xué)

Taq 聚合酶在 37°C 下表現(xiàn)出顯著的酶活性。  然而，它在更高的溫度（~72°C）下運行最佳。  核苷酸以每分鐘 2 到 4 kb 的速度摻入。

然而，在此溫度下運行允許與 PCR 反應(yīng)初始階段發(fā)生的錯誤引發(fā)事件相關(guān)的非特異性擴(kuò)增。  在第一個變性步驟（發(fā)生在 93–95°C）之前，可以從與模板 DNA 非特異性結(jié)合的寡脫氧核苷酸引物進(jìn)行延伸。

規(guī)避這種情況的機(jī)制包括使用不耐熱的抑制劑來阻斷 Taq 聚合酶的活性，直到它被熱滅活。  因此，Taq 聚合酶僅在 PCR 反應(yīng)初始變性過程中溫度破壞單克隆抗體后才變得活躍。  這種抗體介導(dǎo)的 Taq 聚合酶抑制方法允許在室溫下組裝 PCR 反應(yīng)混合物。  因此，消除或減少了由錯誤引發(fā)事件引起的非特異性擴(kuò)增。

Taq 聚合酶的局限性和與 B 家族 DNA 聚合酶的比較

盡管 Taq DNA 聚合酶是 PCR 應(yīng)用中的金標(biāo)準(zhǔn)酶，但它們的局限性限制了它們在更復(fù)雜的應(yīng)用中的結(jié)合。耐熱 Taq DNA 聚合酶被認(rèn)為是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適用于廣泛的 PCR 應(yīng)用。  然而，Taq 的性能在更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中受到限制，例如需要高保真合成長 (> 2 kb) 擴(kuò)增子和擴(kuò)增富含 GC 的序列的應(yīng)用。

最關(guān)鍵的是，Taq DNA 聚合酶由于缺乏 3'-5' 校對活性而缺乏校對活性。 這確實會導(dǎo)致低錯誤摻入率，估計在 1 到 10,000 個堿基之間 - 但會損害其保真度。 非校對聚合酶和校對聚合酶之間的堿基替換錯誤率比較大； 10 -2 到 10 -6 與 10 -6 到 10 -7 分別。

相比之下，古細(xì)菌 B 型 DNA 聚合酶可以去除錯配的堿基，因為它們具有完整的 3'→5' 外切核酸酶活性，從而獲得更高的保真度。 這些包括 Pfu DNA 聚合酶（來自古細(xì)菌 p yrococcus furiosus），它 在 95°C 下比 Taq DNA 聚合酶穩(wěn)定約 4 倍（盡管 在體外表現(xiàn)出有限的持續(xù)合成能力（< 20 個堿基））

源自 Thermococcus kodakarensis 是另一種 B 型古細(xì)菌 DNA 聚合酶，具有 3'-5' 外切核酸酶（校對）活性。 的 最適溫度 (75 o C) 和突變頻率 (3.5 x 10 -3 ) 與 Pfu DNA 聚合酶相似，但延伸率高約 5 倍 (100-130 個核苷酸/秒)； 加工能力提高 10-15 倍； 富含 GC 的序列的擴(kuò)增和使用粗樣品進(jìn)行操作的能力。

總的來說，這些特征減少了 PCR 運行時間的長度，這導(dǎo)致相對于 Taq 介導(dǎo)的 PCR 時間減少了約 66%。