ADN polimerasa

ADN polimerasa

Les ADN polimerasa són enzimas (celulars o virals) que intervenen en el procés de replicació de el ADN. Porten a terme la síntesis de la nova cadena d'ADN emparellant els desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTP) en els desoxirribonucleótidos complementaris corresponents de el ADN mòle. Els dNTP que s'usen en la replicació de el ADN contenen tres fosfats units al grup hidroxilo 5' de la desoxirribosa i depenent de la base nitrogenada seran donaTP, dTTP, dCTP o dGTP. La reacció fonamental és una transferència d'un grup fosfat en la que el grup 3'-OH actua com nucleófilo en l'extrem 3' de la cadena que està en creiximent. L'atac nucleofílico es produïx sobre el fosfat α (el més pròxim a la desoxirribosa) del desoxirribonucleósido 5' trifosfato que entra, lliberant-se pirofosfato inorgànic i allargant-se el ADN (en formar-se un nou enllaç fosfodiéster). A diferència de la majoria de processos biològics que ocorren en la cèlula en els que solament se separa un grup fosfat (P_i), durant la replicació se separen els dos últims grups fosfat, en forma de grup pirofosfato (PP_i)

Este procés es pot resumir en una equació química:

(DNA)_n + dNTP ↔ (DNA)_n+1 + PP_i

A pesar de que la ADN polimerasa solament té un lloc actiu per a emparellar els quatre dNTPs diferents, l'unió correcta dels parells de bases A:T, C:G és possible basant-se en la geometria d'estos: si l'unió és incorrecta es produïx un desplaçament del fosfat α fent més difícil la seua unió a l'extrem 3'-OH i ralentisant aixina el ritme de catalísis, lo que dona lloc a que la ADN polimerasa afigga preferentment les bases correctes.

Les ADN polimerasa poden afegir fins a 1000 nucleòtits per segon. Açò és per la seua naturalea, és dir, el número de nucleòtits que són capaces d'afegir cada volta que s'associen al mòle de ADN que van a copiar. Ya que l'adició dels nucleòtits és un procés que dura uns milisegons, la velocitat de catálisis va a dependre del temps que la ADN polimerasa permaneix unida a el ADN, açò és, del seu procesividad.

Archiu:Funcion correct pol III.jpg

Funció correctora exonucleasa 3' → 5' de les ADN polimerasa.

El creiximent de la nova cadena es produïx en direcció 5' → 3', ya que es requerix d'un grup 3'-OH lliure de la cadena mòle per a l'inici de la síntesis, ya que este és el que realisa l'atac nucleofílico sobre el fosfat α del dNTP, de manera que les ADN polimerasa requerixen d'un iniciador 3'-OH cridat cebador (que pot ser d'ADN o ARN, llevat les telomerasas que no ho necessiten) que és sintetisat per l'ARN primasa. L'extrem 3' del cebador es denomina extrem cebador.

Les ADN polimerasa també realisen atres funcions durant el procés de replicació. Ademés de participar en l'elongació, eixerciten una funció correctora i reparadora gràcies a la seua activitat exonucleasa 3', que els conferix la capacitat de degradar el ADN partint d'un extrem d'est. És important que existixquen estos mecanismes de correcció ya que de lo contrari els errors produïts durant la còpia de el ADN donarien lloc a mutacions.

Funcions

Les ADN polimerasa poden agregar nucleòtits lliures solament a l'extrem 3' de la cadena d'ADN en formació. Açò provoca que l'allargament de la cadena en formació es realise en la direcció 5'-3 '. Cap ADN polimerasa coneguda pot iniciar un bri de ADN novament, és dir, no pot colocar el primer nucleòtit en el bri, després d'unir el segon, després el tercer, i aixina successivament. Tot lo que poden fer és allargar una cadena existent pel seu extrem 3'-OH, per lo que sempre deu haver un fragment inicial ya format. Esta és la raó per la que la ADN polimerasa necessita un cebador preformado al que agregar nucleòtits. Els cebadores poden estar formats per ARN o ADN. En la replicació de el ADN, les dos primeres bases són sempre ARN i són sintetisades per una atra enzima anomenada primasa. També es requerix una enzima anomenada helicasa para desenredar l'ADN i desfer en eixa regió la seua estructura de doble bri i formar l'estructura de dos bri simples bifurcadas (esta regió és la forqueta de replicació), lo que facilita la replicació de cada una dels bri seguint el model semiconservador de replicació de el ADN.

Una atra propietat que tenen algunes ADN polimerasa, pero no totes, és la correcció d'errors. Este procés corrig els errors produïts durant la formació de el ADN neosintetizado. Quan es reconeix un parell de bases incorrectament colocat, la ADN polimerasa invertix la direcció del seu moviment en retardar un parell de bases. Esta activitat exonucleasa 3'-5' de l'enzima permet eliminar el parell de bases incorrecte per a després ser reemplaçat pel correcte, la pròpia polimerasa que continuarà la replicació. Esta activitat es diu correcció de proves. Les ADN polimerasa s'utilisen àmpliament en experiments de biologia molecular.

Les ADN polimerasa tenen una estructura molt conservada, lo que significa que les seues subunidades catalítiques varien molt poc d'una espècie a una atra. Les estructures conservades generalment realisen funcions importants i insubstituibles en la cèlula, el manteniment de la qual produïx una série de ventages.

Estructura

Les ADN polimerasa conegudes tenen una estructura molt conservada, lo que significa que les seues subunidades catalítiques generals varien molt poc d'una espècie a una atra, independentment de les seues estructures de domini. Les estructures conservades solen indicar funcions importants i insubstituibles de la cèlula, el manteniment de la qual proporciona ventages evolutives. La forma es pot descriure com una mà dreta en dominis de polze, dit i palma. El domini de la palma sembla funcionar catalizando la transferència de grups fosforilo en la reacció de transferència de fosforilo. El ADN s'unix a la palma quan l'enzima està activa. Es creu que esta reacció està catalizada per un mecanisme de ions de dos metals. El domini dels dits funciona per a unir els nucleòsits trifosfatos en la base de la plantilla. El domini del polze juga un paper potencial en la procesividad, la translocación i el posicionament de el ADN.

Procesividad

La ràpida catálisis de la ADN polimerasa es deu a la seua naturalea procesiva. La procesividad és una característica de les enzimes que funcionen sobre substrats polimèrics. En el cas de la ADN polimerasa, el grau de procesividad es referix al número mig de nucleòtits afegits cada volta que l'enzima s'unix a una plantilla. La ADN polimerasa promig requerix aproximadament un segon per a localisar i unir una unió cebador / mòle. Una volta que s'unix, una ADN polimerasa no procesadora agrega nucleòtits a una velocitat d'un nucleòtit per segon. No obstant, les ADN polimerasa procesivas agreguen múltiples nucleòtits per segon, lo que aumenta dràsticament la velocitat de síntesis de ADN. El grau de procesividad és directament proporcional a la taxa de síntesis de ADN. La taxa de síntesis de ADN en una cèlula vixca es va determinar primer com la taxa d'elongació de el ADN del fago T4 en bactèries infectades en bacteriófagos. Durant el periodo d'aument exponencial de el ADN a 37 °C, la taxa va ser de 749 nucleòtits per segon.

La capacitat de la ADN polimerasa per a esgolar-se a lo llarc de la plantilla de ADN permet una major procesividad. Hi ha un aument dramàtic en la procesividad en el forcall de replicació. Este aument es veu facilitat per l'associació de la ADN polimerasa en proteïnes conegudes com abrazadera deslizante de ADN. Les pinces són múltiples subunidades de proteïnes associades en forma d'anell. Utilisant la hidrólisis d'ATP, una classe de proteïnes conegudes com a proteïnes de càrrega de abrazadera deslizante òbrin l'estructura d'anell de les abrazaderas deslizantes de ADN permetent l'unió i lliberació del bri de ADN. Interacció proteïna-proteïna en la pinça evita que la ADN polimerasa es difonga des de la plantilla de ADN, lo que garantisa que l'enzima s'una a la mateixa unió cebador/plantilla i continue la replicació. La ADN polimerasa canvia de conformació, aumentant l'afinitat per la pinça quan s'associa en ella i disminuint l'afinitat quan completa la replicació d'un tram de ADN per a permetre la lliberació de la pinça.

Reacció en cadena de la polimerasa

Artícul principal → Reacció en cadena de la polimerasa.

La propietat de les ADN polimerasa per a replicar bri de ADN s'utilisa per a la reacció en cadena de la polimerasa, coneguda com PCR per les seues sigles en anglés, per a obtindre un gran número de còpies d'un fragment de ADN particular, amplificant-ho per a propòsits d'investigació. En els processos de PCR es requerix l'utilisació de polimerasa termoestables, com la polimerasa Taq, degut a que és necessari aplicar altes temperatures per a desnaturalizar la molècula de ADN.