estruturas / ECOD

RCSB PDB; PDBe; PDBj

resumo da estrutura

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PDB

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resumo da estrutura

Com base na homologia de sequência, as polimerases de DNA podem ser subdivididas em sete famílias diferentes: A, B, C, D, X, Y, e RT.

Alguns vírus também codificam DNA polimerases especiais, como a DNA polimerase do vírus da hepatite B. Estes podem replicar seletivamente o DNA viral por meio de uma variedade de mecanismos. Os retrovírus codificam uma DNA polimerase incomum chamada transcriptase reversa, que é uma DNA polimerase dependente de RNA (RdDp). Ele polimeriza o DNA a partir de um molde de RNA.

Polimerase procarióticaEdit

As polimerases procarióticas existem em duas formas: polimerase central e holoenzima. A polimerase do núcleo sintetiza DNA a partir do molde de DNA, mas não pode iniciar a síntese sozinha ou com precisão. A holoenzima inicia a síntese com precisão.

Pol IEdit

As polimerases da família A procariótica incluem a enzima DNA polimerase I (Pol I), que é codificada pelo gene polA e onipresente entre os procariotos. Esta polimerase de reparo está envolvida no reparo de excisão com atividade de exonuclease de 3 “–5” e 5 “-3” e processamento de fragmentos de Okazaki gerados durante a síntese de fita retardada. Pol I é a polimerase mais abundante, sendo responsável por > 95% da atividade da polimerase em E. coli; no entanto, foram encontradas células sem Pol I, sugerindo que a atividade de Pol I pode ser substituída pelas outras quatro polimerases. Pol I adiciona ~ 15-20 nucleotídeos por segundo, mostrando assim uma capacidade de processamento pobre. Em vez disso, Pol I começa a adicionar nucleotídeos no primer de RNA: junção de modelo conhecida como a origem de replicação (ori). Aproximadamente 400 bp a jusante da origem, a holoenzima Pol III é montada e assume a replicação a uma velocidade e natureza altamente processivas.

A Taq polimerase é uma enzima estável ao calor desta família que carece de capacidade de revisão.

Pol IIEdit

A DNA polimerase II é uma polimerase da família B codificada pelo gene polB. Pol II tem atividade de exonuclease de 3 “–5” e participa do reparo do DNA, reinício da replicação para contornar as lesões e sua presença celular pode saltar de ~ 30-50 cópias por célula para ~ 200-300 durante a indução SOS. Pol II também é considerado um backup do Pol III, pois pode interagir com proteínas holoenzimáticas e assumir um alto nível de processabilidade. Acredita-se que o papel principal da Pol II seja a capacidade de direcionar a atividade da polimerase na bifurcação da replicação e ajudou a paralisar as incompatibilidades terminais do desvio de Pol III.

Pfu DNA polimerase é uma enzima termoestável desta família encontrada em o archaeon hipertermofílico Pyrococcus furiosus. A classificação detalhada divide a família B em arquéias em B1, B2, B3, em que B2 é um grupo de pseudoenzimas. Pfu pertence à família B3. Outros PolBs encontrados em archaea são parte de “Casposons”, transposons dependentes de Cas1. Alguns vírus (incluindo Φ29 DNA polimerase) e plasmídeos mitocondriais também carregam polB.

Pol IIIEdit

A holoenzima DNA polimerase III é a enzima primária envolvida na replicação de DNA em E. coli e pertence às polimerases da família C. Consiste em três conjuntos: o núcleo pol III, o fator de processividade da braçadeira deslizante beta e o complexo de carregamento da braçadeira. O núcleo consiste em três subunidades: α, o hub de atividade da polimerase, ɛ, revisor exonucleolítico e θ, que pode atuar como um estabilizador para ɛ. O fator de processividade da braçadeira deslizante beta também está presente em duplicata, uma para cada núcleo, para criar uma braçadeira que envolve o DNA permitindo alta processabilidade. O terceiro conjunto é um complexo de carregador de grampo de sete subunidades (τ2γδδ′χψ).

O antigo livro de texto “modelo de trombone” descreve um complexo de alongamento com dois equivalentes da enzima central em cada forquilha de replicação (RF), um para cada vertente, o atraso e o líder No entanto, evidências recentes de estudos de uma única molécula indicam uma média de três equivalentes estequiométricos de enzima central em cada RF para Pol III e sua contraparte em B. subtilis, PolC.A microscopia fluorescente na célula revelou que a síntese da fita principal pode não ser completamente contínua, e Pol III * (ou seja, as subunidades α, ε, τ, δ e χ da holoenzima sem o grampo deslizante ß2) tem uma alta frequência de dissociação do ativo RFs. Nestes estudos, a taxa de renovação do garfo de replicação foi de cerca de 10s para Pol III *, 47s para a braçadeira deslizante ß2 e 15m para a helicase DnaB. Isso sugere que a helicase DnaB pode permanecer associada de forma estável em RFs e servir como um ponto de nucleação para a holoenzima competente. Estudos in vitro de molécula única demonstraram que Pol III * tem uma alta taxa de renovação de RF quando em excesso, mas permanece estavelmente associada a bifurcações de replicação quando a concentração é limitante. Outro estudo de molécula única mostrou que a atividade da helicase DnaB e o alongamento da fita podem prosseguir com cinética estocástica desacoplada.

Pol IVEdit

Em E. coli, a DNA polimerase IV (Pol IV) é uma DNA polimerase sujeita a erros envolvida na mutagênese não direcionada. Pol IV é uma polimerase da Família Y expressa pelo gene dinB que é ativado por meio de indução SOS causada por polimerases paralisadas na forquilha de replicação. Durante a indução de SOS, a produção de Pol IV é aumentada dez vezes e uma das funções durante esse tempo é interferir com a processabilidade da holoenzima Pol III. Isso cria um ponto de verificação, interrompe a replicação e dá tempo para reparar lesões de DNA por meio da via de reparo apropriada. Outra função de Pol IV é realizar a síntese de translesão na forquilha de replicação paralisada como, por exemplo, contornar os adutos de N2-desoxiguanina a uma taxa mais rápida do que atravessar o DNA não danificado. As células sem o gene dinB têm uma taxa mais alta de mutagênese causada por agentes que danificam o DNA.

Pol VEdit

A DNA polimerase V (Pol V) é uma DNA polimerase da família Y envolvida em Resposta SOS e mecanismos de reparo de síntese de translesão do DNA. A transcrição de Pol V através dos genes umuDC é altamente regulada para produzir apenas Pol V quando o DNA danificado está presente na célula, gerando uma resposta SOS. Polimerases paralisadas fazem com que RecA se ligue ao ssDNA, o que faz com que a proteína LexA se autodigesta. LexA então perde sua capacidade de reprimir a transcrição do operon umuDC. A mesma nucleoproteína RecA-ssDNA modifica pós-translacionalmente a proteína UmuD em proteína UmuD “. UmuD e UmuD” formam um heterodímero que interage com UmuC, que por sua vez ativa a atividade catalítica da polimerase de umuC no DNA danificado. Em E. coli, uma polimerase ” Foi proposto um modelo de cinto de ferramentas para trocar pol III por pol IV em um garfo de replicação paralisado, onde ambas as polimerases se ligam simultaneamente ao grampo β. No entanto, o envolvimento de mais de uma polimerase TLS trabalhando em sucessão para contornar uma lesão ainda não foi demonstrado em E. coli. Além disso, Pol IV pode catalisar inserção e extensão com alta eficiência, enquanto pol V é considerada a principal polimerase SOS TLS. Um exemplo é o desvio de reticulação de timina guanina intra-fita, onde foi mostrado com base na diferença nas assinaturas mutacionais das duas polimerases, que pol IV e pol V competem por TLS da reticulação intra-fita. p>

Família DEdit

Em 1998, a família D da DNA polimerase foi descoberta em Pyrococcus furiosus e Methanococcus jannaschii. O complexo PolD é um heterodímero de duas cadeias, cada uma codificada por DP1 (pequena revisão) e DP2 (grande catalítico). Ao contrário de outras polimerases de DNA, a estrutura e o mecanismo do núcleo catalítico DP2 se assemelham aos das polimerases de RNA de múltiplas subunidades. A interface DP1-DP2 assemelha-se à interface de zinco polimerase de Classe B eucariótica e sua pequena subunidade. DP1, uma exonuclease semelhante a Mre11, é provavelmente o precursor de uma pequena subunidade de Pol α e ε, fornecendo recursos de revisão agora perdidos em eucariotos. Seu domínio HSH N-terminal é semelhante às proteínas AAA, especialmente a subunidade Pol III δ e RuvB, na estrutura. DP2 tem um domínio KH de Classe II. O Pyrococcus abyssi polD é mais estável ao calor e mais preciso do que a polimerase Taq, mas ainda não foi comercializado. Foi proposto que a família D DNA polimerase foi a primeira a evoluir em organismos celulares e que a polimerase replicativa do Último Ancestral Celular Universal (LUCA) pertencia à família D.

DNA polimeraseEditar eucariótico

Polimerases β, λ, σ, μ (beta, lambda, sigma, mu) e TdTEdit

A família X polimerases contém a conhecida polimerase eucariótica pol β (beta), bem como outras eucarióticas polimerases como Pol σ (sigma), Pol λ (lambda), Pol μ (mu) e terminal desoxinucleotidil transferase (TdT). As polimerases da família X são encontradas principalmente em vertebrados e algumas são encontradas em plantas e fungos. Essas polimerases têm regiões altamente conservadas que incluem dois motivos de hélice-gancho-hélice que são imperativos nas interações DNA-polimerase. Um motivo está localizado no domínio de 8 kDa que interage com o DNA a jusante e um motivo está localizado no domínio do polegar que interage com a fita do primer.Pol β, codificado pelo gene POLB, é necessário para o reparo de excisão de base de remendo curto, uma via de reparo de DNA que é essencial para reparar bases alquiladas ou oxidadas, bem como locais abásicos. Pol λ e Pol μ, codificados pelos genes POLL e POLM, respectivamente, estão envolvidos na junção de extremidade não homóloga, um mecanismo para se reunir quebras de fita dupla de DNA devido ao peróxido de hidrogênio e à radiação ionizante, respectivamente. A TdT é expressa apenas no tecido linfóide e adiciona “n nucleotídeos” às quebras de fita dupla formadas durante a recombinação V (D) J para promover a diversidade imunológica.

Polimerases α, δ e ε (alfa, delta, e épsilon) Editar

Pol α (alfa), Pol δ (delta) e Pol ε (épsilon) são membros da Família B de polimerases e são as principais polimerases envolvidas na replicação do DNA nuclear. O complexo Pol α (complexo pol α-DNA primase) consiste em quatro subunidades: a subunidade catalítica POLA1, a subunidade reguladora POLA2 e as subunidades primase pequena e grande PRIM1 e PRIM2, respectivamente. Depois que a primase criou o primer de RNA, Pol α começa a replicação alongando o primer com ~ 20 nucleotídeos. Devido à sua alta processabilidade, Pol δ assume a síntese da cadeia principal e retardadora de Pol α.: 218-219 Pol δ é expresso pelos genes POLD1, criando a subunidade catalítica, POLD2, POLD3 e POLD4, criando as outras subunidades que interagem com Antígeno Nuclear Celular em Proliferação (PCNA), que é um grampo de DNA que permite que Pol δ possua processabilidade. Pol ε é codificado pelo POLE1, a subunidade catalítica, POLE2 e gene POLE3. Foi relatado que a função de Pol ε é estender a fita principal durante a replicação, enquanto Pol δ replica principalmente a fita atrasada; no entanto, evidências recentes sugeriram que Pol δ pode ter um papel na replicação da fita principal de DNA também. A região de “relíquia da polimerase” do terminal C de Pol ε “s, apesar de desnecessária para a atividade da polimerase, é considerada essencial para a vitalidade celular. A região do terminal C fornece um ponto de verificação antes de entrar na anáfase, fornece estabilidade ao holoenzima, e adicionar proteínas à holoenzima necessária para o início da replicação. Pol ε tem um domínio de “palma” maior que fornece alta processividade independentemente do PCNA.

Em comparação com outras polimerases da Família B, a família de exonucleases DEDD é responsável pela revisão é inativado em Pol α. Pol ε é o único que tem dois domínios de dedo de zinco e uma cópia inativa de outra polimerase da família B em seu terminal C. A presença desse dedo de zinco tem implicações nas origens de Eucariotos, que neste caso é colocado no grupo Asgard com archaeal B3 polimerase.

Polimerases η, ι e κ (eta, iota e kappa) Editar

Pol η (eta), Pol ι ( iota), e Pol κ (kappa), são DNA polimerases da Família Y envolvidas na D Reparo de NA por síntese de translesão e codificado pelos genes POLH, POLI e POLK, respectivamente. Os membros da Família Y têm cinco motivos comuns para auxiliar na ligação do substrato e do terminal do primer e todos eles incluem o polegar direito da mão direita, domínios da palma e do dedo com domínios adicionados como dedo mínimo (LF), domínio associado à polimerase (PAD) ou pulso. O sítio ativo, no entanto, difere entre os membros da família devido às diferentes lesões que estão sendo reparadas. As polimerases da família Y são polimerases de baixa fidelidade, mas foram comprovadas que fazem mais bem do que mal, pois as mutações que afetam a polimerase podem causar várias doenças, como câncer de pele e variante xeroderma pigmentosa (XPS). A importância dessas polimerases é evidenciada pelo fato do gene que codifica a DNA polimerase η ser denominado XPV, pois a perda desse gene resulta na doença Variante Xeroderma Pigmentosum. Pol η é particularmente importante para permitir a síntese de translesão precisa de danos ao DNA resultantes da radiação ultravioleta. A funcionalidade de Pol κ não é completamente compreendida, mas os pesquisadores descobriram duas funções prováveis. Pensa-se que Pol κ atua como um extensor ou um insersor de uma base específica em certas lesões de DNA. Todas as três polimerases de síntese de translesão, junto com Rev1, são recrutadas para lesões danificadas via DNA polimerases replicativas paralisadas. Existem duas vias de reparo de danos que levam os pesquisadores a concluir que a via escolhida depende de qual fita contém o dano, a fita principal ou a que fica para trás.

Polimerases Rev1 e ζ (zeta) Editar

Pol ζ outra polimerase da família B, é composta por duas subunidades Rev3, a subunidade catalítica, e Rev7 (MAD2L2), que aumenta a função catalítica da polimerase e está envolvida na síntese de translesão. Pol ζ carece de atividade de exonuclease de 3 “a 5”, é o único que pode estender primers com incompatibilidades terminais. Rev1 tem três regiões de interesse no domínio BRCT, domínio de ligação de ubiquitina e domínio C-terminal e tem capacidade de transferase dCMP, que adiciona desoxicitidina lesões opostas que paralisariam as polimerases replicativas Pol δ e Pol ε.Essas polimerases paralisadas ativam complexos de ubiquitina que, por sua vez, desassociam polimerases de replicação e recrutam Pol ζ e Rev1. Juntos, Pol ζ e Rev1 adicionam desoxicitidina e Pol ζ se estende além da lesão. Por meio de um processo ainda indeterminado, Pol ζ se dissocia e as polimerases de replicação reassociam e continuam a replicação. Pol ζ e Rev1 não são necessários para a replicação, mas a perda do gene REV3 na levedura de brotamento pode causar aumento da sensibilidade a agentes danificadores de DNA devido ao colapso das forquilhas de replicação onde as polimerases de replicação pararam.

TelomeraseEdit

A telomerase é uma ribonucleoproteína que funciona para replicar as extremidades dos cromossomos lineares, uma vez que a DNA polimerase normal não pode replicar as extremidades ou telômeros. A saliência de fita única 3 “do cromossomo de fita dupla com a sequência 5” -TTAGGG-3 “recruta a telomerase. A telomerase atua como outras DNA polimerases estendendo a extremidade 3”, mas, ao contrário de outras DNA polimerases, a telomerase não requer Uma amostra. A subunidade TERT, um exemplo de uma transcriptase reversa, usa a subunidade de RNA para formar a junção primer-molde que permite à telomerase estender a extremidade 3 “das extremidades do cromossomo. A diminuição gradual no tamanho dos telômeros como resultado de muitas replicações ao longo de um acredita-se que o tempo de vida esteja associado aos efeitos do envelhecimento.:248–249

Polimerases γ, θ e ν (gama, teta e nu) Editar

Pol γ (gama), Pol θ (theta) e Pol ν (nu) são polimerases da Família A. Pol γ, codificada pelo gene POLG, foi considerada por muito tempo a única polimerase mitocondrial. , uma pesquisa recente mostra que pelo menos Pol β (beta), uma polimerase da Família X, também está presente na mitocôndria. Qualquer mutação que leve a Pol γ limitada ou não funcional tem um efeito significativo no mtDNA e é a causa mais comum de autossômica doenças mitocondriais hereditárias. Pol γ contém um domínio de polimerase de terminal C e um domínio de exonuclease de terminal N 3 “–5” que são conectado através da região do linker, que liga a subunidade acessória. A subunidade acessória se liga ao DNA e é necessária para a processabilidade de Pol γ. A mutação pontual A467T na região de ligação é responsável por mais de um terço de todos os distúrbios mitocondriais associados a Pol γ. Embora muitos homólogos de Pol θ, codificados pelo gene POLQ, sejam encontrados em eucariotos, sua função não é claramente compreendida. A sequência de aminoácidos no terminal C é o que classifica Pol θ como polimerase da Família A, embora a taxa de erro para Pol θ esteja mais intimamente relacionada às polimerases da Família Y. Pol θ estende terminações de primer incompatíveis e pode contornar locais abásicos adicionando um nucleotídeo. Ele também tem atividade Desoxirribofosfodiesterase (dRPase) no domínio da polimerase e pode mostrar atividade ATPase em estreita proximidade com ssDNA. Pol ν (nu) é considerado o menos eficaz das enzimas polimerase. No entanto, a DNA polimerase nu desempenha um papel ativo no reparo da homologia durante as respostas celulares às ligações cruzadas, cumprindo seu papel em um complexo com helicase.

As plantas usam duas polimerases da Família A para copiar os genomas mitocrondrial e de plastídio. Eles são mais semelhantes à Pol I bacteriana do que à Pol γ mamalliana.

TranscriptaseEdit reversa

Os retrovírus codificam uma DNA polimerase incomum chamada transcriptase reversa, que é uma DNA polimerase dependente de RNA (RdDp) que sintetiza DNA a partir de um molde de RNA. A família da transcriptase reversa contém a funcionalidade da DNA polimerase e a funcionalidade RNase H, que degrada o RNA emparelhado com a base do DNA. Um exemplo de retrovírus é o HIV .: A transcriptase reversa é comumente empregada na amplificação de RNA para fins de pesquisa. Usando um modelo de RNA, o PCR pode utilizar a transcriptase reversa, criando um modelo de DNA. Este novo modelo de DNA pode então ser usado para amplificação de PCR típica. Os produtos de tal experimento são, portanto, produtos de PCR amplificados do RNA.

Cada partícula de retrovírus do HIV contém dois genomas de RNA, mas, após uma infecção, cada vírus gera apenas um provírus. Após a infecção, a transcrição reversa é acompanhada pela troca do modelo entre as duas cópias do genoma (recombinação por escolha de cópia). De 5 a 14 eventos de recombinação por genoma ocorrem em cada ciclo de replicação. A troca de modelo (recombinação) parece ser necessária para manter a integridade do genoma e como um mecanismo de reparo para salvar genomas danificados.

Bacteriófago T4 DNA polimeraseEdit

O bacteriófago (fago) T4 codifica uma DNA polimerase que catalisa a síntese de DNA na direção 5 ‘para 3’. O fago polimerase também tem uma atividade de exonuclease que atua na direção de 3 ‘para 5’, e essa atividade é empregada na revisão e edição de bases recém-inseridas. Observou-se que um fago mutante com uma DNA polimerase sensível à temperatura, quando cultivado em temperaturas permissivas, sofre recombinação em frequências que são cerca de duas vezes mais altas do que a do fago de tipo selvagem.

Foi proposto que uma alteração mutacional na DNA polimerase do fago pode estimular a troca de fita modelo (recombinação por escolha de cópia) durante a replicação.