ADN polimerasa - DNA polymerase

ADN polimerasa dirigida por ADN
ADN polimerasa.png
Estructura 3D de los motivos de hélice-giro-hélice de unión al ADN en la ADN polimerasa beta humana (basada en el archivo PDB 7ICG )
Identificadores
CE no. 2.7.7.7
No CAS. 9012-90-2
Bases de datos
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
FÁCIL NiceZyme vista
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc camino metabólico
PRIAM perfil
Estructuras PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontología de genes AmiGO / QuickGO

Una ADN polimerasa es un miembro de una familia de enzimas que catalizan la síntesis de moléculas de ADN a partir de nucleósidos trifosfatos , los precursores moleculares del ADN. Estas enzimas son esenciales para la replicación del ADN y generalmente trabajan en grupos para crear dos dúplex de ADN idénticos a partir de un solo dúplex de ADN original. Durante este proceso, la ADN polimerasa "lee" las hebras de ADN existentes para crear dos nuevas hebras que coinciden con las existentes. Estas enzimas catalizan la reacción química.

desoxinucleósido trifosfato + ADN npirofosfato + ADN n + 1 .

La ADN polimerasa agrega nucleótidos a los tres extremos primarios (3 ') de una hebra de ADN, un nucleótido a la vez. Cada vez que una célula se divide , se requieren ADN polimerasas para duplicar el ADN de la célula, de modo que se pueda pasar una copia de la molécula de ADN original a cada célula hija. De esta forma, la información genética se transmite de generación en generación.

Antes de que pueda tener lugar la replicación, una enzima llamada helicasa desenrolla la molécula de ADN de su forma de tejido apretado, rompiendo en el proceso los enlaces de hidrógeno entre las bases de los nucleótidos . Esto abre o "descomprime" el ADN de doble hebra para dar dos hebras simples de ADN que pueden usarse como plantillas para la replicación en la reacción anterior.

Historia

En 1956, Arthur Kornberg y sus colegas descubrieron la ADN polimerasa I (Pol I) en Escherichia coli . Describieron el proceso de replicación del ADN mediante el cual la ADN polimerasa copia la secuencia de bases de una hebra de ADN molde. Posteriormente, Kornberg recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959 por este trabajo. La ADN polimerasa II fue descubierta por Thomas Kornberg (hijo de Arthur Kornberg ) y Malcolm E. Gefter en 1970 mientras aclaraban aún más el papel de Pol I en la replicación del ADN de E. coli . Se han encontrado tres ADN polimerasas más en E. coli , incluida la ADN polimerasa III (descubierta en la década de 1970) y las ADN polimerasas IV y V (descubiertas en 1999).

Función

La ADN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra vieja en la dirección 3'-5 ', creando una nueva hebra que tiene una dirección 5'-3'.
ADN polimerasa con capacidad de corrección de pruebas

La función principal de la ADN polimerasa es sintetizar ADN a partir de desoxirribonucleótidos , los componentes básicos del ADN. Las copias de ADN se crean mediante el emparejamiento de nucleótidos con bases presentes en cada hebra de la molécula de ADN original. Este emparejamiento siempre ocurre en combinaciones específicas, con citosina junto con guanina y timina junto con adenina , formando dos pares separados, respectivamente. Por el contrario, las ARN polimerasas sintetizan ARN a partir de ribonucleótidos de ARN o ADN.

Al sintetizar nuevo ADN, la ADN polimerasa puede agregar nucleótidos libres solo al extremo 3 ' de la hebra recién formada. Esto da como resultado el alargamiento de la hebra recién formada en una dirección de 5 'a 3'.

Es importante señalar que la direccionalidad de la hebra recién formada (la hebra hija) es opuesta a la dirección en la que la ADN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra plantilla. Dado que la ADN polimerasa requiere un grupo OH 3 'libre para el inicio de la síntesis, se puede sintetizar en una sola dirección al extender el extremo 3' de la cadena de nucleótidos preexistente. Por tanto, la ADN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra plantilla en una dirección 3'-5 'y la hebra hija se forma en una dirección 5'-3'. Esta diferencia permite que el ADN de doble hebra resultante formado esté compuesto por dos hebras de ADN que son antiparalelas entre sí.

La función de la ADN polimerasa no es del todo perfecta, y la enzima comete un error por cada mil millones de pares de bases copiados. La corrección de errores es una propiedad de algunas ADN polimerasas, pero no de todas. Este proceso corrige errores en el ADN recién sintetizado. Cuando se reconoce un par de bases incorrecto, la ADN polimerasa retrocede un par de bases de ADN. La actividad exonucleasa 3'-5 ' de la enzima permite eliminar el par de bases incorrecto (esta actividad se conoce como corrección de pruebas ). Después de la escisión de la base, la polimerasa puede volver a insertar la base correcta y la replicación puede continuar hacia adelante. Esto preserva la integridad de la cadena de ADN original que se transmite a las células hijas.

La fidelidad es muy importante en la replicación del ADN. Los desajustes en el emparejamiento de bases de ADN pueden potencialmente resultar en proteínas disfuncionales y podrían conducir al cáncer. Muchas ADN polimerasas contienen un dominio de exonucleasa, que actúa en la detección de errores de emparejamiento de pares de bases y además actúa en la eliminación del nucleótido incorrecto para ser reemplazado por el correcto. La forma y las interacciones que se adaptan al par de bases de Watson y Crick son las que contribuyen principalmente a la detección o al error. Los enlaces de hidrógeno juegan un papel clave en la unión e interacción de los pares de bases. Se dice que la pérdida de una interacción, que ocurre en un desajuste, desencadena un cambio en el equilibrio, para la unión de la plantilla-cebador, de la polimerasa, al dominio de exonucleasa. Además, la incorporación de un nucleótido incorrecto provoca un retraso en la polimerización del ADN. Este retraso da tiempo para que el ADN cambie del sitio de la polimerasa al sitio de la exonucleasa. Diferentes cambios conformacionales y pérdida de interacción ocurren en diferentes desajustes. En un desajuste purina: pirimidina hay un desplazamiento de la pirimidina hacia el surco mayor y la purina hacia el surco menor. En relación con la forma de la bolsa de unión de la ADN polimerasa, se producen choques estéricos entre la purina y los residuos en el surco menor, y la pirimidina pierde importantes interacciones de van der Waals y electrostáticas. Los desajustes de pirimidina: pirimidina y purina: purina presentan cambios menos notables ya que las bases se desplazan hacia el surco principal y se experimenta menos impedimento estérico. Sin embargo, aunque los diferentes desajustes dan como resultado diferentes propiedades estéricas, la ADN polimerasa todavía es capaz de detectarlos y diferenciarlos de manera tan uniforme y mantener la fidelidad en la replicación del ADN. La polimerización del ADN también es fundamental para muchos procesos de mutagénesis y se emplea ampliamente en biotecnologías.

Estructura

Las ADN polimerasas conocidas tienen una estructura muy conservada, lo que significa que sus subunidades catalíticas generales varían muy poco de una especie a otra, independientemente de sus estructuras de dominio. Las estructuras conservadas suelen indicar funciones importantes e insustituibles de la célula, cuyo mantenimiento proporciona ventajas evolutivas. La forma se puede describir como una mano derecha con dominios de pulgar, dedo y palma. El dominio de la palma parece funcionar catalizando la transferencia de grupos fosforilo en la reacción de transferencia de fosforilo. El ADN se une a la palma cuando la enzima está activa. Se cree que esta reacción está catalizada por un mecanismo de iones de dos metales. El dominio de dedo funciona para unir los nucleósidos trifosfatos con la base de la plantilla. El dominio del pulgar juega un papel potencial en la procesividad, la translocación y el posicionamiento del ADN.

Procesividad

La rápida catálisis de la ADN polimerasa se debe a su naturaleza procesiva. La procesividad es una característica de las enzimas que funcionan sobre sustratos poliméricos. En el caso de la ADN polimerasa, el grado de procesividad se refiere al número medio de nucleótidos añadidos cada vez que la enzima se une a una plantilla. La ADN polimerasa promedio requiere aproximadamente un segundo para localizar y unir una unión cebador / molde. Una vez que se une, una ADN polimerasa no procesadora agrega nucleótidos a una velocidad de un nucleótido por segundo. Sin embargo, las ADN polimerasas procesivas agregan múltiples nucleótidos por segundo, lo que aumenta drásticamente la tasa de síntesis de ADN. El grado de procesividad es directamente proporcional a la tasa de síntesis de ADN. La tasa de síntesis de ADN en una célula viva se determinó primero como la tasa de elongación del ADN del fago T4 en E. coli infectada con fagos . Durante el período de aumento exponencial del ADN a 37 ° C, la tasa fue de 749 nucleótidos por segundo.

La capacidad de la ADN polimerasa para deslizarse a lo largo de la plantilla de ADN permite una mayor procesividad. Hay un aumento dramático en la procesividad en la bifurcación de replicación . Este aumento se ve facilitado por la asociación de la ADN polimerasa con proteínas conocidas como abrazadera deslizante de ADN . Las pinzas son múltiples subunidades de proteínas asociadas en forma de anillo. Usando la hidrólisis de ATP, una clase de proteínas conocidas como proteínas de carga de abrazadera deslizante abren la estructura de anillo de las abrazaderas deslizantes de ADN permitiendo la unión y liberación de la hebra de ADN. La interacción proteína-proteína con la pinza evita que la ADN polimerasa se difunda desde la plantilla de ADN, lo que garantiza que la enzima se una a la misma unión cebador / plantilla y continúe la replicación. La ADN polimerasa cambia de conformación, aumentando la afinidad por la pinza cuando se asocia con ella y disminuyendo la afinidad cuando completa la replicación de un tramo de ADN para permitir la liberación de la pinza.

Variación entre especies

Familia de ADN polimerasa A
PDB 2hht EBI.jpg
c: par de o6-metil-guanina en la posición del par de bases de la polimerasa-2
Identificadores
Símbolo DNA_pol_A
Pfam PF00476
InterPro IPR001098
INTELIGENTE -
PROSITE PDOC00412
SCOP2 1 ppp / SCOPe / SUPFAM
Familia de ADN polimerasa B
PDB 2dy4 EBI.jpg
estructura cristalina de rb69 gp43 en complejo con adn que contiene timina glicol
Identificadores
Símbolo DNA_pol_B
Pfam PF00136
Clan pfam CL0194
InterPro IPR006134
PROSITE PDOC00107
SCOP2 1noy / SCOPe / SUPFAM
ADN polimerasa tipo B, organelar y viral
PDB 1xhz EBI.jpg
polimerasa de adn phi29, forma cristalina ortorrómbica, complejo ssdna
Identificadores
Símbolo DNA_pol_B_2
Pfam PF03175
Clan pfam CL0194
InterPro IPR004868

Según la homología de secuencia, las ADN polimerasas se pueden subdividir en siete familias diferentes: A, B, C, D, X, Y y RT.

Algunos virus también codifican las ADN polimerasas especiales, tales como la Hepatitis B virus DNA polimerasa . Estos pueden replicar selectivamente el ADN viral a través de una variedad de mecanismos. Los retrovirus codifican una ADN polimerasa inusual llamada transcriptasa inversa , que es una ADN polimerasa dependiente de ARN (RdDp). Polimeriza el ADN a partir de una plantilla de ARN .

Familia Tipos de ADN polimerasa Taxa Ejemplos de Característica
A Polimerasas replicativas y reparadoras Eucariotas y Procariotas T7 ADN polimerasa, Pol I, Pol γ, θ y ν Dos dominios de exonucleasa (3'-5 'y 5'-3')
B Polimerasas replicativas y reparadoras Eucariotas y Procariotas Pol II, Pol B, Pol ζ, Pol α, δ y ε Exonucleasa 3'-5 (corrección de pruebas); los virales usan imprimación de proteínas
C Polimerasas replicativas Procariota Pol III Exonucleasa 3'-5 (corrección de pruebas)
D Polimerasas replicativas Euryarchaeota PolD (heterodímero DP1 / DP2) Sin característica de "mano", similar a la polimerasa de ARN de doble barril ; Exonucleasa 3'-5 (corrección de pruebas)
X Polimerasas replicativas y reparadoras Eucariota Pol β, Pol σ, Pol λ, Pol μ y desoxinucleotidil transferasa terminal plantilla opcional; 5 'fosfatasa (solo Pol β); característica de "mano" débil
Y Polimerasas replicativas y reparadoras Eucariotas y Procariotas Pol ι, Pol κ, Pol η, Pol IV y Pol V Síntesis de translesión
RT Polimerasas replicativas y reparadoras Virus, retrovirus y eucariotas Telomerasa , virus de la hepatitis B Dependiente de ARN

Polimerasa procariota

Las polimerasas procariotas existen en dos formas: polimerasa central y holoenzima. La polimerasa central sintetiza ADN a partir de la plantilla de ADN, pero no puede iniciar la síntesis sola o con precisión. La holoenzima inicia la síntesis con precisión.

Pol I

Las polimerasas procariotas de la familia A incluyen la enzima ADN polimerasa I (Pol I), que está codificada por el gen polA y es ubicua entre los procariotas . Esta polimerasa reparadora participa en la reparación por escisión con actividad exonucleasa 3'-5 'y 5'-3' y en el procesamiento de los fragmentos de Okazaki generados durante la síntesis de la hebra retrasada. Pol I es la polimerasa más abundante y representa> 95% de la actividad de la polimerasa en E. coli ; sin embargo, se han encontrado células que carecen de Pol I, lo que sugiere que la actividad de Pol I puede ser reemplazada por las otras cuatro polimerasas. Pol I agrega ~ 15-20 nucleótidos por segundo, mostrando así una pobre procesividad. En cambio, Pol I comienza a agregar nucleótidos en el cebador de ARN: unión de plantilla conocida como el origen de replicación (ori). Aproximadamente 400 pb aguas abajo del origen, la holoenzima Pol III se ensambla y se hace cargo de la replicación a una velocidad y naturaleza altamente procesivas.

La polimerasa Taq es una enzima termoestable de esta familia que carece de capacidad de corrección de pruebas.

Pol II

La ADN polimerasa II es una polimerasa de la familia B codificada por el gen polB. Pol II tiene actividad de exonucleasa 3'-5 'y participa en la reparación del ADN , el reinicio de la replicación para evitar lesiones, y su presencia celular puede saltar de ~ 30-50 copias por célula a ~ 200-300 durante la inducción de SOS. También se cree que Pol II es una copia de seguridad de Pol III, ya que puede interactuar con proteínas holoenzimáticas y asumir un alto nivel de procesividad. Se cree que el papel principal de Pol II es la capacidad de dirigir la actividad de la polimerasa en la bifurcación de replicación y ayudar a detener los desajustes terminales de derivación de Pol III.

La ADN polimerasa de Pfu es una enzima termoestable de esta familia que se encuentra en el arqueo hipertermofílico Pyrococcus furiosus . La clasificación detallada divide a la familia B de las arqueas en B1, B2, B3, en las que B2 es un grupo de pseudoenzimas . Pfu pertenece a la familia B3. Otros PolBs encontrados en arqueas son parte de "Casposons",transposones dependientes de Cas1 . Algunos virus (incluida la ADN polimerasa Φ29 ) y los plásmidos mitocondriales también transportan polB.

Pol III

La holoenzima de la ADN polimerasa III es la enzima principal involucrada en la replicación del ADN en E. coli y pertenece a las polimerasas de la familia C. Consta de tres conjuntos: el núcleo pol III, el factor de procesividad de la abrazadera deslizante beta y el complejo de carga de la abrazadera. El núcleo consta de tres subunidades: α, el centro de actividad de la polimerasa, ɛ, corrector de pruebas exonucleolítico y θ, que puede actuar como estabilizador de ɛ. El factor de procesividad de la abrazadera deslizante beta también está presente por duplicado, uno para cada núcleo, para crear una abrazadera que encierra el ADN, lo que permite una alta procesividad. El tercer conjunto es un complejo cargador de pinzas de siete subunidades (τ2γδδ′χψ).

El viejo "modelo de trombón" del libro de texto describe un complejo de elongación con dos equivalentes de la enzima central en cada horquilla de replicación (RF), uno para cada hebra, el rezagado y el adelantado. Sin embargo, la evidencia reciente de estudios de una sola molécula indica un promedio de tres equivalentes estequiométricos de enzima central en cada RF tanto para Pol III como para su contraparte en B. subtilis, PolC. La microscopía de fluorescencia en la célula ha revelado que la síntesis de la cadena principal puede no ser completamente continua, y Pol III * (es decir, las subunidades α, ε, τ, δ y χ de la holoenzima sin la abrazadera deslizante ß2) tiene una alta frecuencia de disociación de la RF. En estos estudios, la tasa de rotación de la horquilla de replicación fue de aproximadamente 10 s para Pol III *, 47 s para la pinza deslizante ß2 y 15 m para la helicasa DnaB. Esto sugiere que la helicasa DnaB puede permanecer asociada de manera estable en los RF y servir como un punto de nucleación para la holoenzima competente. Los estudios in vitro de una sola molécula han demostrado que Pol III * tiene una alta tasa de renovación de RF cuando está en exceso, pero permanece asociada de manera estable con horquillas de replicación cuando la concentración es limitante. Otro estudio de una sola molécula mostró que la actividad de la helicasa de DnaB y el alargamiento de la hebra pueden proceder con una cinética estocástica desacoplada.

Pol IV

En E. coli , la ADN polimerasa IV (Pol IV) es una ADN polimerasa propensa a errores involucrada en mutagénesis no dirigida. Pol IV es una polimerasa de la familia Y expresada por el gen dinB que se enciende mediante la inducción de SOS causada por polimerasas estancadas en la bifurcación de replicación. Durante la inducción de SOS, la producción de Pol IV se multiplica por diez y una de las funciones durante este tiempo es interferir con la procesividad de la holoenzima Pol III. Esto crea un punto de control, detiene la replicación y da tiempo para reparar las lesiones del ADN a través de la vía de reparación adecuada. Otra función de Pol IV es realizar la síntesis de translesión en la bifurcación de replicación estancada como, por ejemplo, evitando los aductos de N2-desoxiguanina a una velocidad más rápida que atravesando el ADN no dañado. Las células que carecen del gen dinB tienen una tasa más alta de mutagénesis causada por agentes que dañan el ADN.

Pol V

La ADN polimerasa V (Pol V) es una ADN polimerasa de la familia Y que participa en la respuesta SOS y en los mecanismos de reparación del ADN de la síntesis de translesión . La transcripción de Pol V a través de los genes umuDC está altamente regulada para producir solo Pol V cuando el ADN dañado está presente en la célula generando una respuesta SOS. Las polimerasas estancadas hacen que RecA se una al ssDNA, lo que hace que la proteína LexA se digiera automáticamente. LexA pierde entonces su capacidad para reprimir la transcripción del operón umuDC. La misma nucleoproteína RecA-ssDNA modifica postraduccionalmente la proteína UmuD en proteína UmuD '. UmuD y UmuD 'forman un heterodímero que interactúa con UmuC, que a su vez activa la actividad catalítica de la polimerasa de umuC en el ADN dañado. En E. coli, se ha propuesto un modelo de "cinturón de herramientas" de polimerasa para cambiar la pol III por la pol IV en una horquilla de replicación bloqueada, donde ambas polimerasas se unen simultáneamente a la pinza β. Sin embargo, aún no se ha demostrado en E. coli la participación de más de una polimerasa TLS que trabaja en sucesión para evitar una lesión. Además, Pol IV puede catalizar tanto la inserción como la extensión con alta eficiencia, mientras que pol V se considera la principal polimerasa SOS TLS. Un ejemplo es la derivación de la reticulación de guanina timina intracatenaria donde se demostró, basándose en la diferencia en las firmas mutacionales de las dos polimerasas, que pol IV y pol V compiten por TLS de la reticulación intracatenaria.

Familia D

En 1998, se descubrió la familia D de la ADN polimerasa en Pyrococcus furiosus y Methanococcus jannaschii . El complejo PolD es un heterodímero de dos cadenas, cada una codificada por DP1 (corrección pequeña) y DP2 (catalítico grande). A diferencia de otras ADN polimerasas, la estructura y el mecanismo del núcleo catalítico DP2 se parecen a los de las ARN polimerasas de múltiples subunidades . La interfaz DP1-DP2 se asemeja a la del dedo de zinc polimerasa eucariota Clase B y su pequeña subunidad. DP1, una exonucleasa similar a Mre11 , es probablemente el precursor de la pequeña subunidad de Pol α y ε , proporcionando capacidades de corrección de pruebas que ahora se pierden en los eucariotas. Su dominio HSH N-terminal es similar a las proteínas AAA , especialmente la subunidad δ de Pol III y RuvB , en estructura. DP2 tiene un dominio KH de clase II . Pyrococcus abyssi polD es más estable al calor y más preciso que la polimerasa Taq , pero aún no se ha comercializado. Se ha propuesto que la ADN polimerasa de la familia D fue la primera en evolucionar en organismos celulares y que la polimerasa replicativa del Último Ancestro Celular Universal (LUCA) pertenecía a la familia D.

ADN polimerasa eucariota

Polimerasas β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) y TdT

Las polimerasas de la familia X contienen la conocida polimerasa eucariota pol β (beta) , así como otras polimerasas eucariotas como Pol σ (sigma), Pol λ (lambda) , Pol μ (mu) y desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT) . Las polimerasas de la familia X se encuentran principalmente en vertebrados y algunas se encuentran en plantas y hongos. Estas polimerasas tienen regiones altamente conservadas que incluyen dos motivos hélice-horquilla-hélice que son imperativos en las interacciones ADN-polimerasa. Un motivo está ubicado en el dominio de 8 kDa que interactúa con el ADN corriente abajo y un motivo está ubicado en el dominio del pulgar que interactúa con la cadena del cebador. Pol β, codificado por el gen POLB, es necesario para la reparación por escisión de bases de parche corto , una vía de reparación del ADN que es esencial para reparar bases alquiladas u oxidadas, así como sitios abásicos . Pol λ y Pol μ, codificados por los genes POLL y POLM respectivamente, están involucrados en la unión de extremos no homólogos , un mecanismo para volver a unir las roturas de doble cadena del ADN debido al peróxido de hidrógeno y la radiación ionizante, respectivamente. TdT se expresa sólo en tejido linfoide y añade "n nucleótidos" a las roturas de doble hebra formadas durante la recombinación V (D) J para promover la diversidad inmunológica.

Polimerasas α, δ y ε (alfa, delta y épsilon)

Pol α (alfa) , Pol δ (delta) y Pol ε (épsilon) son miembros de las polimerasas de la familia B y son las principales polimerasas implicadas en la replicación del ADN nuclear. El complejo Pol α (complejo pol α-ADN primasa) consta de cuatro subunidades: la subunidad catalítica POLA1 , la subunidad reguladora POLA2 y las subunidades primasa pequeña y grande PRIM1 y PRIM2, respectivamente. Una vez que la primasa ha creado el cebador de ARN, Pol α comienza la replicación alargando el cebador con ~ 20 nucleótidos. Debido a su alta procesividad, Pol δ se hace cargo de la síntesis de las cadenas principales y retrasadas de Pol α. Pol δ se expresa mediante los genes POLD1 , creando la subunidad catalítica, POLD2 , POLD3 y POLD4 creando las otras subunidades que interactúan con el antígeno nuclear de células proliferantes (PCNA), que es una abrazadera de ADN que permite que Pol δ posea procesividad. Pol ε está codificado por el gen POLE1 , la subunidad catalítica, POLE2 y POLE3 . Se ha informado que la función de Pol ε es extender la hebra principal durante la replicación, mientras que Pol δ replica principalmente la hebra retrasada; sin embargo, la evidencia reciente sugirió que Pol δ también podría tener un papel en la replicación de la cadena principal de ADN. Se cree que la región de la "reliquia de la polimerasa" del extremo C de Pol ε, a pesar de ser innecesaria para la actividad de la polimerasa, es esencial para la vitalidad celular. Se cree que la región C-terminal proporciona un punto de control antes de entrar en anafase, proporciona estabilidad a la holoenzima y agrega proteínas a la holoenzima necesarias para el inicio de la replicación. Pol ε tiene un dominio "palma" más grande que proporciona una alta procesividad independientemente del PCNA.

En comparación con otras polimerasas de la familia B, la familia de exonucleasas DEDD responsable de la corrección de pruebas está inactivada en Pol α. Pol ε es único porque tiene dos dominios con dedos de zinc y una copia inactiva de otra polimerasa de la familia B en su C-terminal. La presencia de este dedo de zinc tiene implicaciones en los orígenes de Eukaryota, que en este caso se coloca en el grupo Asgard con polimerasa archaeal B3.

Polimerasas η, ι y κ (eta, iota y kappa)

Pol η (eta) , Pol ι (iota) y Pol κ (kappa), son ADN polimerasas de la familia Y implicadas en la reparación del ADN por síntesis de traducción y codificadas por los genes POLH, POLI y POLK, respectivamente. Los miembros de la familia Y tienen cinco motivos comunes para ayudar a unir el sustrato y el extremo del cebador y todos incluyen los dominios típicos del pulgar, la palma y el dedo de la mano derecha con dominios agregados como el dedo meñique (LF), el dominio asociado a la polimerasa (PAD) o muñeca. El sitio activo, sin embargo, difiere entre los miembros de la familia debido a las diferentes lesiones que se reparan. Las polimerasas de la familia Y son polimerasas de baja fidelidad, pero se ha demostrado que hacen más bien que mal, ya que las mutaciones que afectan a la polimerasa pueden causar diversas enfermedades, como el cáncer de piel y la variante de Xeroderma Pigmentosum (XPS). La importancia de estas polimerasas se evidencia por el hecho de que el gen que codifica la ADN polimerasa η se denomina XPV, porque la pérdida de este gen da como resultado la variante Xeroderma Pigmentosum de la enfermedad. Pol η es particularmente importante para permitir una síntesis de translesión precisa del daño del ADN resultante de la radiación ultravioleta . La funcionalidad de Pol κ no se comprende completamente, pero los investigadores han encontrado dos funciones probables. Se cree que Pol κ actúa como un extensor o un insertador de una base específica en ciertas lesiones del ADN. Las tres polimerasas de síntesis de translesión, junto con Rev1, se reclutan en las lesiones dañadas a través de ADN polimerasas replicativas estancadas. Hay dos vías de reparación de daños que llevan a los investigadores a concluir que la vía elegida depende de qué hebra contiene el daño, la hebra principal o la rezagada.

Polimerasas Rev1 y ζ (zeta)

Pol, otra polimerasa de la familia B, está formada por dos subunidades Rev3 , la subunidad catalítica, y Rev7 ( MAD2L2 ), que aumenta la función catalítica de la polimerasa y participa en la síntesis de translesiones. Pol ζ carece de actividad exonucleasa 3 'a 5', es único porque puede extender cebadores con desajustes terminales. Rev1 tiene tres regiones de interés en el dominio BRCT , dominio de unión a ubiquitina y dominio C-terminal y tiene capacidad de transferasa dCMP, que agrega lesiones opuestas de desoxicitidina que detendrían las polimerasas replicativas Pol δ y Pol ε. Estas polimerasas estancadas activan complejos de ubiquitina que a su vez disocian las polimerasas de replicación y reclutan Pol ζ y Rev1. Juntos, Pol ζ y Rev1 añaden desoxicitidina y Pol ζ se extiende más allá de la lesión. A través de un proceso aún indeterminado, Pol ζ se disocia y las polimerasas de replicación se reasocian y continúan la replicación. Pol ζ y Rev1 no son necesarios para la replicación, pero la pérdida del gen REV3 en la levadura en ciernes puede causar una mayor sensibilidad a los agentes que dañan el ADN debido al colapso de las horquillas de replicación donde las polimerasas de replicación se han estancado.

Telomerasa

La telomerasa es una ribonucleoproteína que funciona para replicar los extremos de los cromosomas lineales, ya que la ADN polimerasa normal no puede replicar los extremos o los telómeros . El saliente 3 'monocatenario del cromosoma bicatenario con la secuencia 5'-TTAGGG-3' recluta telomerasa. La telomerasa actúa como otras ADN polimerasas al extender el extremo 3 ', pero, a diferencia de otras ADN polimerasas, la telomerasa no requiere una plantilla. La subunidad TERT, un ejemplo de transcriptasa inversa , usa la subunidad de ARN para formar la unión cebador-molde que permite que la telomerasa extienda el extremo 3 'de los extremos del cromosoma. Se cree que la disminución gradual del tamaño de los telómeros como resultado de muchas replicaciones a lo largo de la vida está asociada con los efectos del envejecimiento.

Polimerasas γ, θ y ν (gamma, theta y nu)

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) y Pol ν (nu) son polimerasas de la familia A. Durante mucho tiempo se pensó que Pol γ, codificada por el gen POLG , era la única polimerasa mitocondrial . Sin embargo, investigaciones recientes muestran que al menos Pol β (beta) , una polimerasa de la Familia X, también está presente en las mitocondrias. Cualquier mutación que lleve a Pol γ limitado o no funcional tiene un efecto significativo sobre el mtDNA y es la causa más común de trastornos mitocondriales hereditarios autosómicos. Pol γ contiene un dominio de polimerasa C-terminal y un dominio de exonucleasa 3'-5 'N-terminal que están conectados a través de la región enlazadora, que se une a la subunidad accesoria. La subunidad accesoria se une al ADN y es necesaria para la procesividad de Pol γ. La mutación puntual A467T en la región enlazadora es responsable de más de un tercio de todos los trastornos mitocondriales asociados con Pol γ. Aunque muchos homólogos de Pol θ, codificados por el gen POLQ , se encuentran en eucariotas, su función no se comprende claramente. La secuencia de aminoácidos en el extremo C es lo que clasifica a Pol θ como polimerasa de la familia A, aunque la tasa de error de Pol θ está más estrechamente relacionada con las polimerasas de la familia Y. Pol θ extiende los extremos del cebador que no coinciden y puede eludir los sitios abásicos añadiendo un nucleótido. También tiene actividad desoxirribofosfodiesterasa (dRPasa) en el dominio de la polimerasa y puede mostrar actividad ATPasa muy cerca del ssDNA. Pol ν (nu) se considera la menos eficaz de las enzimas polimerasas. Sin embargo, la ADN polimerasa nu juega un papel activo en la reparación de la homología durante las respuestas celulares a los enlaces cruzados, cumpliendo su función en un complejo con la helicasa .

Las plantas usan dos polimerasas de la familia A para copiar los genomas mitocrédico y plastidico. Son más similares a Pol I bacteriano que a Pol γ mamalliano.

La transcriptasa inversa

Los retrovirus codifican una ADN polimerasa inusual llamada transcriptasa inversa , que es una ADN polimerasa dependiente de ARN (RdDp) que sintetiza ADN a partir de una plantilla de ARN. La familia de la transcriptasa inversa contiene tanto la funcionalidad de la ADN polimerasa como la funcionalidad de la ARNasa H, que degrada el ARN emparejado con el ADN. Un ejemplo de retrovirus es el VIH . La transcriptasa inversa se emplea comúnmente en la amplificación de ARN con fines de investigación. Usando una plantilla de ARN, la PCR puede utilizar la transcriptasa inversa, creando una plantilla de ADN. Esta nueva plantilla de ADN se puede utilizar para una amplificación típica por PCR. Los productos de tal experimento son, por tanto, productos de PCR amplificados a partir de ARN.

Cada partícula de retrovirus del VIH contiene dos genomas de ARN , pero, después de una infección, cada virus genera solo un provirus . Después de la infección, la transcripción inversa se acompaña de un cambio de plantilla entre las dos copias del genoma (recombinación de elección de copia). En cada ciclo de replicación ocurren de 5 a 14 eventos de recombinación por genoma. El cambio de plantilla (recombinación) parece ser necesario para mantener la integridad del genoma y como mecanismo de reparación para salvar los genomas dañados.

Bacteriófago T4 ADN polimerasa

El bacteriófago (fago) T4 codifica una ADN polimerasa que cataliza la síntesis de ADN en una dirección de 5 'a 3'. El fago polimerasa también tiene una actividad exonucleasa que actúa en una dirección 3 'a 5', y esta actividad se emplea en la corrección y edición de bases recién insertadas. Se observó que un fago mutante con una ADN polimerasa sensible a la temperatura , cuando crecía a temperaturas permisivas, experimentaba recombinación a frecuencias que son aproximadamente dos veces más altas que las del fago de tipo salvaje.

Se propuso que una alteración mutacional en la ADN polimerasa del fago puede estimular el cambio de cadena de molde (recombinación por elección de copia) durante la replicación .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

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