ADN polimerază Este o enzimă care este responsabilă pentru catalizarea polimerizării noii catene de ADN în timpul replicării acestei molecule. Funcția sa principală este de a împerechea dezoxiribonucleotidele trifosfat cu cele ale lanțului șablon. De asemenea, participă la repararea ADN-ului.
Această enzimă permite asocierea corectă între bazele ADN ale șirului șablon și noua, urmând schema A se împerechează cu T și G cu C.
Procesul de replicare a ADN-ului trebuie să fie eficient și trebuie realizat rapid, astfel încât ADN-polimeraza funcționează prin adăugarea a aproximativ 700 de nucleotide pe secundă și face doar o greșeală la fiecare 109 sau 1010 nucleotide încorporate.
Există diferite tipuri de ADN polimerază. Acestea variază atât în eucariote, cât și în procariote și fiecare are un rol specific în replicarea și repararea ADN-ului..
Este posibil ca una dintre primele enzime care au apărut în evoluție să fie polimerazele, deoarece capacitatea de a reproduce cu precizie genomul este o cerință intrinsecă pentru dezvoltarea organismelor..
Descoperirea acestei enzime este atribuită lui Arthur Kornberg și colegilor săi. Acest cercetător a identificat ADN polimeraza I (Pol I) în 1956, în timp ce lucra cu Escherichia coli. În mod similar, Watson și Crick au propus ca această enzimă să poată produce copii fidele ale moleculei de ADN..
Indice articol
Organismele procariote (organisme fără un nucleu adevărat, delimitate de o membrană) posedă trei ADN polimeraze principale, prescurtate în mod obișnuit ca pol I, II și III.
ADN polimeraza I participă la replicarea și repararea ADN și are activitate de exonuclează în ambele direcții. Rolul acestei enzime în replicare este considerat secundar.
II participă la repararea ADN-ului, iar activitatea sa de exonuclează este în sensul 3'-5 '. III participă la replicarea și revizuirea ADN și, ca și enzima anterioară, are activitate de exonuclează în sensul 3'-5 '.
Eucariotele (organisme cu un nucleu adevărat, delimitate de o membrană) au cinci ADN polimeraze, denumite cu litere din alfabetul grecesc: α, β, γ, δ și ε.
Polimeraza γ este localizată în mitocondrie și este responsabilă pentru replicarea materialului genetic din această organetă celulară. În schimb, celelalte patru se găsesc în nucleul celulelor și sunt implicate în replicarea ADN-ului nuclear..
Variantele α, δ și ε sunt cele mai active în procesul de diviziune celulară, sugerând că funcția lor principală este asociată cu producerea de copii ADN..
ADN polimeraza β, la rândul său, prezintă vârfuri de activitate în celule care nu se divid, deci se presupune că funcția sa principală este asociată cu repararea ADN-ului..
Diferite experimente au reușit să verifice ipoteza că asociază în mare parte polimerazele α, δ și ε cu replicarea ADN-ului. Tipurile γ, δ și ε au activitate de exonuclează 3'-5 '.
Noile metode de secvențiere au reușit să identifice o mare varietate de familii ADN polimerază. În archaea, în mod specific, a fost identificată o familie de enzime, numită familia D, care sunt unice pentru acest grup de organisme..
ADN-ul este molecula care transportă toate informațiile genetice ale unui organism. Este alcătuit dintr-un zahăr, o bază azotată (adenină, guanină, citozină și timină) și o grupare fosfat.
În timpul proceselor de diviziune celulară, care au loc în mod constant, ADN-ul trebuie copiat rapid și cu precizie - în special în faza S a ciclului celular. Acest proces în care celula copiază ADN-ul este cunoscut sub numele de replicare.
Structural, molecula de ADN este alcătuită din două catene, formând o spirală. În timpul procesului de replicare, acestea se separă și fiecare acționează ca un șablon pentru formarea unei noi molecule. Astfel, noile catene trec către celulele fiice în procesul de diviziune celulară..
Deoarece fiecare catena servește drept șablon, se spune că replicarea ADN este semi-conservatoare - la sfârșitul procesului, noua moleculă constă dintr-o catena nouă și una veche. Acest proces a fost descris în 1958 de cercetătorii Meselson și Stahl, folosind izopote.
Replicarea ADN necesită o serie de enzime care catalizează procesul. Dintre aceste molecule proteice se remarcă ADN polimeraza.
Pentru a avea loc sinteza ADN-ului, sunt necesare substraturile necesare procesului: trifosfat dezoxiribonucleotidic (dNTP)
Mecanismul de reacție implică un atac nucleofil al grupării hidroxil la capătul 3 'al catenei de creștere pe fosfatul alfa al dNTP-urilor complementare, eliminând pirofosfatul. Acest pas este foarte important, deoarece energia pentru polimerizare provine din hidroliza dNTP-urilor și a pirofosfatului rezultat..
Pol III sau alfa se leagă de primer (vezi proprietățile polimerazelor) și începe să adauge nucleotide. Epsilon alungeste lantul de plumb, iar delta alungeste firul retardat.
Toate ADN-polimerazele cunoscute împărtășesc două proprietăți esențiale asociate procesului de replicare.
În primul rând, toate polimerazele sintetizează catena ADN în direcția 5'-3 ', adăugând dNTP-urile la grupul hidroxil al lanțului în creștere..
În al doilea rând, ADN polimerazele nu pot începe să sintetizeze o nouă catenă din aer. Au nevoie de un element suplimentar cunoscut sub numele de primer sau primer, care este o moleculă formată din câteva nucleotide care asigură o grupare hidroxil liberă, unde polimeraza se poate ancora și își poate începe activitatea..
Aceasta este una dintre diferențele fundamentale dintre ADN și ARN polimeraze, deoarece aceasta din urmă este capabilă să inițieze sinteza unui lanț de novo.
Prima proprietate a ADN polimerazelor menționată în secțiunea anterioară reprezintă o complicație pentru replicarea semi-conservatoare. Pe măsură ce cele două catene de ADN rulează antiparalel, una dintre ele este sintetizată discontinuu (cea care ar trebui sintetizată în direcția 3'-5 ').
În catena întârziată, sinteza discontinuă are loc prin activitatea normală a polimerazei, 5'-3 ', iar fragmentele rezultate - cunoscute în literatură sub numele de fragmente Okazaki - sunt legate de o altă enzimă, ligaza.
ADN-ul este expus constant factorilor, atât endogeni, cât și exogeni, care îl pot deteriora. Aceste daune pot bloca replicarea și se pot acumula, afectând expresia genelor, generând probleme în diferitele procese celulare.
Pe lângă rolul său în procesul de replicare a ADN-ului, polimeraza este, de asemenea, o componentă cheie a mecanismelor de reparare a ADN-ului. De asemenea, pot acționa ca senzori în ciclul celular care împiedică intrarea în faza de diviziune dacă ADN-ul este deteriorat..
În prezent, datorită studiilor cristalografice, structurile diferitelor polimeraze au fost elucidate. Pe baza secvenței lor primare, polimerazele sunt grupate în familii: A, B, C, X și Y.
Unele aspecte sunt comune tuturor polimerazelor, în special celor legate de centrele catalitice ale enzimei.
Acestea includ două situri active cheie care posedă ioni metalici, cu două reziduuri de aspartat și un reziduu variabil - fie aspartat, fie glutamat, care coordonează metalele. Există o altă serie de reziduuri încărcate care înconjoară centrul catalitic și sunt conservate în diferite polimeraze.
La procariote, ADN polimeraza I este o polipeptidă de 103 kd, II este un polipeptid de 88 kd și III este format din zece subunități..
În eucariote, enzimele sunt mai mari și mai complexe: α este alcătuită din cinci unități, β și γ ale unei subunități, δ din două subunități și ε din 5..
Reacția în lanț a polimerazei (RPC) este o metodă utilizată în toate laboratoarele de biologie moleculară, datorită utilității și simplității sale. Obiectivul acestei metode este de a amplifica masiv o moleculă de ADN de interes.
Pentru a realiza acest lucru, biologii folosesc o ADN polimerază care nu este deteriorată de căldură (temperaturile ridicate sunt esențiale pentru acest proces) pentru a amplifica molecula. Rezultatul acestui proces este un număr mare de molecule de ADN care pot fi utilizate în scopuri diferite..
Unul dintre cele mai remarcabile utilități clinice ale tehnicii este utilizarea sa în diagnosticul medical. RPC poate fi utilizat pentru a verifica pacienții pentru bacterii și viruși patogeni..
Un număr semnificativ de medicamente vizează trunchierea mecanismelor de replicare a ADN-ului în organismul patogen, fie el un virus sau o bacterie..
În unele dintre acestea, ținta este inhibarea activității ADN polimerazei. De exemplu, medicamentul chimioterapeutic citarabină, numit și citozină arabinozidă, dezactivează ADN polimeraza.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.