La ADN polimerasa es una enzima involucrada en la replicación del ADN . Las enzimas de esta clase catalizan la polimerización de desoxirribonucleótidos a lo largo de la cadena de nucleótidos del ADN , que la enzima "lee" y utiliza como plantilla. El tipo de un nuevo nucleótido está determinado por el principio de complementariedad con la plantilla a partir de la cual se realiza la lectura. La molécula ensamblada es complementaria a la plantilla monoespiral e idéntica al segundo componente de la doble hélice. [una]
Se aísla la ADN polimerasa dependiente de ADN ( EC 2.7.7.7 Archivado el 29 de septiembre de 2007 en Wayback Machine ), utilizando una de las cadenas de ADN como plantilla, y la ADN polimerasa dependiente de ARN (otro nombre es transcriptasa inversa , EC 2.7.7.49 Copia de archivo fechada el 29 de septiembre de 2007 en Wayback Machine ), que también es capaz de leer información de ARN ( transcripción inversa ) [2] .
La ADN polimerasa se considera una holoenzima porque requiere la presencia de iones de magnesio como cofactor para funcionar correctamente . En ausencia de iones de magnesio , puede denominarse apoenzima .
La ADN polimerasa comienza la replicación del ADN al unirse a un segmento de una cadena de nucleótidos. El número promedio de nucleótidos unidos por la enzima ADN polimerasa en un acto de unión/disociación con la plantilla se denomina procesividad .
Como sabes, las dos hebras de la molécula de ADN son antiparalelas. Los diferentes extremos de la misma hebra se llaman extremo 3' y extremo 5'. La replicación ocurre por crecimiento continuo nucleótido a nucleótido de ambas cadenas nuevas simultáneamente. La ADN polimerasa lee la plantilla solo en la dirección 3'-5', agregando nucleótidos libres al extremo 3' de la cadena ensamblada. Por lo tanto, la síntesis de ADN se produce de forma continua sólo en una de las hebras molde, denominada " principal ". En la segunda hebra (la " rezagada ") la síntesis se produce en fragmentos cortos .
Ninguna de las ADN polimerasas conocidas puede crear una cadena desde cero: solo pueden agregar nucleótidos a un grupo 3'-hidroxilo ya existente. Por este motivo, la ADN polimerasa necesita un cebador al que pueda añadir el primer nucleótido. Los cebadores están compuestos por bases de ARN y ADN, siendo las dos primeras bases siempre bases de ARN. Los cebadores son sintetizados por otra enzima, la primasa . Se requiere otra enzima, la helicasa , para desenrollar la doble hélice del ADN y formar una estructura monocatenaria que asegure la replicación de ambas cadenas de acuerdo con el modelo semiconservador de replicación del ADN.
Algunas ADN polimerasas también tienen la capacidad de corregir errores en la cadena de ADN recién ensamblada. Si se detecta un par de bases incorrecto, la ADN polimerasa retrocede un paso. Debido a su actividad hidrolítica de exonucleasa 3'-5' , la ADN polimerasa puede eliminar el nucleótido incorrecto de la cadena y luego insertar el correcto en su lugar, después de lo cual la replicación continúa normalmente.
La estructura de las ADN polimerasas está rígidamente fijada. Sus subunidades catalíticas difieren muy poco en diferentes tipos de células vivas. Esta fijación de estructura suele aparecer donde la falta de diversidad se debe a su gran importancia o incluso indispensable para el funcionamiento de la célula.
Los genes de algunos virus también codifican ADN polimerasas especiales que pueden replicar selectivamente el ADN viral. Los retrovirus tienen un gen de polimerasa de ADN inusual, también llamado transcriptasa inversa , que es una polimerasa de ADN dependiente de ARN que ensambla ADN basado en ARN molde.
Según su estructura, las ADN polimerasas se pueden clasificar en siete familias diferentes: A, B, C, D, X, Y y RT.
La familia A incluye ADN polimerasas replicativas y reparadoras. Los miembros replicativos de esta familia son, por ejemplo, la bien estudiada ADN polimerasa del virus T7 o la ADN polimerasa mitocondrial eucariótica γ . Entre las polimerasas reductoras encontramos ejemplos como la ADN polimerasa I de E. coli , la polimerasa I de Thermus aquaticus o la polimerasa I de Bacillus stearothermophilus . Las polimerasas restauradoras están involucradas en el proceso de depuración del ADN ensamblado así como en el procesamiento de los fragmentos de Okazaki .
La familia B incluye principalmente polimerasas reductoras, incluidas las principales ADN polimerasas eucarióticas α, δ y ε, y la ADN polimerasa ζ. Esta familia también incluye las ADN polimerasas de algunas bacterias y bacteriófagos , como los bacteriófagos T4, Phi29 y RB69. Estas enzimas se utilizan en la síntesis de cadenas monocatenarias de ADN 3'-5' y 5'-3'. Una característica distintiva de las polimerasas de esta familia es la notable fidelidad de replicación. Muchos también tienen una fuerte actividad exonucleasa 3'-5' (con la excepción de las ADN polimerasas α y ζ, que no tienen la capacidad de corregir errores) [3] .
Las polimerasas de esta familia son principalmente enzimas replicativas cromosómicas bacterianas que, además, tienen actividad 3'-5'-exonucleasa.
Las polimerasas de esta familia no han sido suficientemente estudiadas. Todos los especímenes conocidos se consideran polimerasas replicativas y se encuentran en arqueas del subdominio Euryarchaeota [4] .
La familia X incluye la conocida ADN polimerasa eucariótica β, así como otras como σ, λ, μ y la desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT). La ADN polimerasa β es necesaria para el proceso de reparación de secciones de ADN dañadas . Las polimerasas λ y μ están involucradas en una conexión no homóloga : el proceso de reparación de roturas de doble hélice. TdT se expresa solo en tejido linfoide y agrega "n nucleótidos" a las roturas de doble hélice formadas durante la recombinación B (P) C. La levadura Saccharomyces cerevisiae tiene solo una polimerasa X, Pol4 , involucrada en el compuesto no homólogo [5] .
Las polimerasas de esta familia difieren de otras en su baja productividad en plantillas intactas, así como en la capacidad de replicarse en plantillas de ADN dañadas. Como resultado, los miembros de la familia se denominan polimerasas de síntesis translesional. Dependiendo de la naturaleza del daño (lesión), las polimerasas TLS pueden restaurar la cadena original. Es posible que el error no se recupere, lo que conduce a mutaciones. Los pacientes de xeroderma pigmentoso , por ejemplo, tienen un gen de ADN polimerasa η (eta) mutado que es tolerante al daño, pero otras polimerasas, como ζ (perteneciente a la familia B), sufren mutaciones que se cree que conducen a la predisposición al cáncer.
Otros miembros de esta familia son las polimerasas ι y κ humanas, así como la desoxinucleotidil transferasa Rev1 terminal. E. coli tiene dos polimerasas TLS: IV (DINB) y V (UMUC) [6] .
La familia de transcriptasa inversa (el nombre de la familia proviene del inglés transcriptasa inversa ) contiene polimerasas que se encuentran tanto en retrovirus como en eucariotas. Son polimerasas de ADN dependientes de ARN, es decir, a diferencia de las enzimas descritas anteriormente, se utilizan como molde para la síntesis de ARN, no de ADN. Las transcriptasas inversas eucarióticas están representadas principalmente por telomerasas . Estas polimerasas usan ARN molde para sintetizar una cadena de ADN.
Las bacterias tienen cinco ADN polimerasas:
Los eucariotas contienen al menos quince tipos de ADN polimerasas [7] :
También se han encontrado otras polimerasas eucarióticas.
Ni una sola polimerasa eucariótica puede escindir los cebadores, es decir, no tiene una actividad de exonucleasa 5'-3'. Esta función es realizada por otras enzimas. Solo las polimerasas que llevan a cabo elongación (γ, δ y ε) tienen propiedades de exonucleasa 3'-5'.