estructuras / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

resumen de estructura

estructuras / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

resumen de estructura

estructuras / ECOD

PDB

RCSB PDB; PDBe; PDBj

resumen de estructura

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 ADN polimerasas especiales, como la ADN polimerasa del virus de la hepatitis B. 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.

Procariota polimerasaEdit

Las procariotas polimerasas existen en dos formas: núcleo polimerasa 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 con precisión la síntesis.

Pol IEdit

Las polimerasas de la familia A de procariotas 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 hebras rezagadas. Pol I es la polimerasa más abundante y representa el > el 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 bp 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 IIEdit

La ADN polimerasa II es una polimerasa de la familia B codificada por el gen polB. Pol II tiene actividad de exonucleasa de 3 «a 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 la función principal de Pol II es la capacidad de dirigir la actividad de la polimerasa en la horquilla de replicación y ayudó 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 en 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 IIIEdit

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 ensamblaje es un complejo cargador de abrazadera de siete subunidades (τ2γδδ′χψ).

El antiguo «modelo de trombón» del libro de texto muestra 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 fluorescente 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 molécula única mostró que la actividad helicasa de DnaB y el alargamiento de la hebra pueden proceder con cinética estocástica desacoplada.

Pol IVEdit

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 un ritmo más rápido 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 VEdit

La ADN polimerasa V (Pol V) es una ADN polimerasa de la familia Y que participa en Mecanismos de reparación de ADN de respuesta SOS y 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 postraduciblemente 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, una polimerasa » Se ha propuesto un modelo de cinturón de herramientas para cambiar pol III por 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 del entrecruzamiento de guanina timina intracatenaria, donde se demostró sobre la base de la diferencia en las firmas mutacionales de las dos polimerasas, que pol IV y pol V compiten por TLS del entrecruzamiento intracatenario.

Familia DEdit

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 (pequeña corrección de pruebas) y DP2 (catalítica grande). A diferencia de otras ADN polimerasas, la estructura y el mecanismo del núcleo catalítico de DP2 se parecen a los de las ARN polimerasas de múltiples subunidades. La interfaz DP1-DP2 se asemeja a la del dedo de zinc de polimerasa eucariota Clase B y su pequeña subunidad. DP1, una exonucleasa similar a Mre11, es probablemente el precursor de una 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 eucariotaEdit

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

Las polimerasas de la familia X contienen la conocida polimerasa eucariota pol β (beta), así como otras polimerasas eucariotas polimerasas como Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) y Terminal desoxinucleotidil transferasa (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 se encuentra en el dominio de 8 kDa que interactúa con el ADN corriente abajo y un motivo se encuentra 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 la base 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. La TdT se expresa solo en tejido linfoide y agrega «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) Editar

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 la cadena principal y retrasada de Pol α.: 218-219 Pol δ se expresa mediante los genes POLD1, creando la subunidad catalítica, POLD2, POLD3 y POLD4 creando las otras subunidades que interactúan con Proliferating Cell Nuclear Antigen (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 podría tener un papel en la replicación de la cadena principal de ADN también. Se cree que la región de la «reliquia de la polimerasa» del extremo C de Pol, a pesar de ser innecesaria para la actividad de la polimerasa, es esencial para la vitalidad celular. Se cree que la región del extremo C proporciona un punto de control antes de entrar en anafase, proporciona estabilidad a la holoenzima, y agregar proteínas a la holoenzima necesaria para el inicio de la replicación. Pol ε tiene un dominio de «palma» más grande que proporciona 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 única porque tiene dos dominios de dedos de zinc y una copia inactiva de otra polimerasa de la familia B en su terminal C. 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) Editar

Pol η (eta), Pol ι ( iota) y Pol κ (kappa), son ADN polimerasas de la familia Y implicadas en la D Reparación de NA por síntesis de translesión y codificada 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 de 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 translesiones, 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) Editar

Pol ζ 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 de 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.

TelomeraseEdit

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 telómeros. El saliente monocatenario de 3 «del cromosoma bicatenario con la secuencia 5» -TTAGGG-3 «recluta la 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, utiliza la subunidad de ARN para formar la unión cebador-molde que permite que la telomerasa extienda el extremo 3 «de los extremos del cromosoma. La disminución gradual del tamaño de los telómeros como resultado de muchas replicaciones en un se cree que la vida está asociada con los efectos del envejecimiento.:248–249

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

Pol γ (gamma), Pol θ (theta) y Pol ν (nu) son polimerasas de la familia A. Durante mucho tiempo se pensó que Pol γ, codificado por el gen POLG, era la única polimerasa mitocondrial. , 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 una Pol γ limitada o no funcional tiene un efecto significativo sobre el ADNmt y es la causa más común de trastornos mitocondriales hereditarios. Pol γ contiene un dominio de polimerasa C-terminal y un dominio de exonucleasa 3 «-5» N-terminal que son conectado a través de la región del enlazador, que une 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. Mientras que 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 sitios abásicos añadiendo un nucleótido. También tiene actividad desoxirribofosfodiesterasa (dRPasa) en el dominio de la polimerasa y puede mostrar actividad ATPasa en estrecha proximidad al 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 utilizan dos polimerasas de la familia A para copiar los genomas mitocrédico y plastídico. Son más similares a la Pol I bacteriana que a la Pol γ mamalliana.

Transcriptasa inversa Editar

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 polimerasa de ADN 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 genomas dañados.

Bacteriófago T4 ADN polimerasaEditar

El bacteriófago (fago) T4 codifica una ADN polimerasa que cataliza la síntesis de ADN en una dirección de 5 ‘a 3’. La fago polimerasa también tiene una actividad exonucleasa que actúa en una dirección de 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 hebra de plantilla (recombinación por elección de copia) durante la replicación.