DNA polimerase

Estrutura 3d da hélice - grampo de cabelo - motivo de ligação ao DNA da hélice da DNA polimerase humana β Data chave

EC No.	EC 2.7.7.7
Número CAS	9012-90-2

Atividade enzimática

IUBMB	Entrada IUBMB
IntEnz	Vista IntEnz
BRENDA	Entrada BRENDA
KEGG	Entrada KEGG
MetaCyc	Via metabólica
PRIAM	Perfil
PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
IR	AmiGO / EGO

A DNA polimerase é um complexo enzimático envolvido na replicação do DNA durante o ciclo celular, mas também nos processos de reparo e recombinação do DNA. As polimerases de DNA usam trifosfato de desoxirribonucleosídeo como base para a síntese de uma fita de DNA, usando outra fita de DNA como molde. Este processo replicativo usa a complementaridade de bases nucleicas para guiar a síntese da nova fita a partir da fita molde. Existem várias famílias de polimerases, que diferem na sequência nos aminoácidos e em suas propriedades catalisadoras .

Mecanismo

Comece

Todas as DNA polimerases sintetizam DNA na direção 5 '→ 3' , em todos os organismos vivos, e nenhuma é capaz de iniciar a síntese de uma fita de novo . Eles só podem adicionar nucleotídeos a uma extremidade livre da hidroxila , em geral o 3'-OH da fita que está sendo sintetizada. Por esse motivo, a DNA polimerase precisa de um primer (ou primer ), ao qual adicionar novos desoxirribonucleotídeos.

O primer pode ser DNA ou RNA . No caso da replicação , o primer feito de RNA é sintetizado por outra enzima, chamada primase , dentro do complexo de replicação chamado replissoma . Ele também contém uma enzima, a helicase , que é necessária para separar as duas fitas de DNA e, assim, permitir o acesso e a replicação da DNA polimerase. No caso de processos de reparo e recombinação , o primer consiste em um segmento de DNA resultante da clivagem por uma endonuclease da fita danificada ou recombinante, que libera uma extremidade 3'-OH livre.

Alongamento e processabilidade

As várias DNA polimerases diferem em sua capacidade de alongar o DNA sem se dissociar da fita molde, uma característica chamada processabilidade . Algumas DNA polimerases estão fracamente associadas ao seu substrato e se separam após terem polimerizado apenas alguns nucleotídeos. Isso é chamado de DNA polimerases distributivas , que é uma característica de muitas polimerases envolvidas em processos de reparo. Por outro lado, as DNA polimerases replicativas estão fortemente ligadas à fita molde e não se dissociam. Eles podem polimerizar várias centenas de milhares de nucleotídeos de uma vez. Em seguida, falamos de DNA polimerases processivas . Uma proteína cofator , o gripper (ou clamp ), chamado PCNA em eucariotos e arquea e complexo β em bactérias , se ligam a polimerases replicativas e aumenta significativamente sua processabilidade.

A atividade das DNA polimerases requer a presença de íons Mg 2+ como cofatores que se ligam em particular aos grupos fosfato dos nucleotídeos e do DNA .

Lealdade e revisão

Certas polimerases de DNA, que também têm uma atividade de exonuclease 3 '→ 5' , têm a capacidade de corrigir erros de incorporação na fita recém-formada. Quando a DNA polimerase comete um erro e uma incompatibilidade é formada no sítio ativo da enzima, a enzima pode voltar e hidrolisar o nucleotídeo incorreto: esta é a atividade de exonuclease 3'-5 ' , também chamada de função de edição . Ele pode então reinserir o banco de dados correto e retomar a replicação. Este processo de revisão da DNA polimerase melhora a fidelidade do processo replicativo e reduz a taxa de erro.

Ao contrário, certas DNA polimerases não são muito fiéis e cometem erros de incorporação de nucleotídeos com maior frequência. Essas DNA polimerases são usadas especificamente em processos de reparo de DNA. A sua especificidade relaxada permite-lhes replicar lesões contendo DNA, ou seja, bases alteradas por modificações químicas, resultantes, por exemplo, da ação da radiação UV, de agentes ionizantes ou mutagénicos. Falamos de DNA polimerases translésionais .

Fala-se também de uma função de revisão ou revisão (" proofreading " em inglês) polimerases de DNA.

DNA polimerases em procariotos

Cinco DNA polimerases foram identificadas em procariotos:

Pol I : envolvido no reparo e replicação do DNA. Tem uma atividade de polimerase 5 '→ 3' , uma atividade de exonuclease 3 '→ 5' para revisão e, finalmente, uma atividade de exonuclease 5 '- 3' que permite remover os primers de RNA de fragmentos de Okazaki por um período de tempo. Replicação . Sua atividade de polimerase permite sintetizar DNA destinado a ser imediatamente suturado por uma DNA ligase .

Pol I não é muito processivo e se dissocia da matriz após a adição de cerca de vinte nucleotídeos. Em biologia molecular , apenas uma parte da proteína, chamada de fragmento de Klenow , é usada. Este fragmento contém atividade de polimerase 5 '→ 3' e atividade de exonuclease 3 '→ 5' .

Pol II : envolvido na replicação do DNA danificado, possui 5 '→ 3' atividade de polimerasee 3 '→ 5' atividade de exonuclease.

O Pol II não é muito processivo.

Pol III : é a principal polimerase, que intervém no alongamento da cadeia de DNA durante a replicação ao nível da fita avançada e a síntese dos fragmentos de Okazaki . É composto por três subunidades que constituem a holoenzima:
- a subunidade α ( alfa ) tem atividade de polimerase 5 '→ 3' ,
- a subunidade ε ( épsilon ) tem atividade de exonuclease 3 '→ 5' , e
- a subunidade θ ( theta ) estimula a atividade de “ revisão ” da anterior.
Esta holoenzima forma o núcleo de um replissoma composto de dez proteínas ao todo :
- duas holoenzimas de polimerase III ,
- duas unidades β ( beta ) atuando como grampo de DNA ,
- duas unidades τ ( tau ) para dimerizar a holoenzima polimerase III,
- uma unidade γ ( gama ) chamada de carregador de garra, ela própria composta de três subunidades γ adequadas, uma subunidade δ ( delta ) e uma subunidade δ '( delta primo) e, finalmente
- uma unidade Χ ( Khi ) e uma unidade Ψ ( Psi ) formando um complexo 1: 1 que se liga à unidade τ ou à unidade γ.

Durante a replicação, o complexo γ é colocado na abertura da forquilha de replicação em contato com a helicase . Ele move as subunidades β (também chamadas de grampos beta ) em torno de cada fita modelo de DNA como uma pinça para permitir que a holoenzima ligada a ela deslize sobre a fita modelo. Além disso, o complexo γ está ligado às próprias duas unidades τ ligadas às duas subunidades α dos holoenzimas. Pol III é muito processivo.

Pol IV : DNA polimerase da família Y.

Pol V : DNA polimerase da família Y.

DNA polimerases em eucariotos

Pol α-primase ( alfa ): também chamado de RNA Pol, sintetiza primers curtos de RNA na origem da replicação na fita avançada, bem como primers de RNA para fragmentos de Okazaki da fita retardada. Esta polimerase não tem uma função de exonuclease 3 '→ 5' .

Pol β ( beta ): esta polimerase está envolvida nos processos de reparo do DNA. Não tem função de exonuclease. Corresponde à bactéria Pol II.

Pol γ ( gama ): esta polimerase da família A está envolvida na replicação do DNA mitocondrial .

Pol δ ( delta ): é a principal polimerase envolvida na replicação do DNA em eucariotos, com o DNA Pol ε, na síntese da fita avançada e da fita lagging. Ele também tem atividade de exonuclease de 3 'a 5' envolvida na correção de erros e nos processos de reparo. A polimerase δ é altamente processiva quando combinada com o PCNA . Esta polimerase corresponde à Pol III bacteriana.

Pol ε ( épsilon ): possui atividade de polimerase 5 '→ 3' e atividade de exonuclease 3 '→ 5' e está envolvido na replicação e reparo do DNA. Ele lê na direção 3 '→ 5' e sintetiza 5 '→ 3' a área do telômero que não pode ser sintetizada por Pol δ (um primer preliminar deve ser colocado pelo primase na extremidade alongada 3 'do telômero ) A ligase então faz a sutura entre os dois fios.

Pol ζ ( zeta ): polimerase da família B.

Pol η ( eta ): polimerase da família Y.

Pol θ ( theta ): uma família de polimerase. Uma publicação recente indica que, se não produzir uma transcriptase excelente, é capaz de realizar a transcriptase reversa.

Pol ι ( iota ): polimerase da família Y.

Pol κ ( kappa ): polimerase da família Y.

Rev1 : polimerase da família Y.

DNA polimerases em arquéias

Polimerase B : todas as DNA polimerases do tipo B identificadas em arquea exibem atividade de polimerase 5 '→ 3' e atividade de exonuclease 3 '→ 5' . Eles são formados por uma única subunidade.

Polimerase D : essas DNA polimerases encontradas em Euryarchaeota consistem em duas subunidades diferentes. A grande subunidade DP2 possui atividade catalítica, mas apenas na presença da pequena subunidade DP1.

Famílias de DNA polimerase

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

Família A

As polimerases da família A contêm polimerases replicativas e polimerases de reparo. As polimerases replicativas desta família incluem em particular a polimerase do bacteriófago T7 e a polimerase de DNA gama de eucariotas. Entre as polimerases de reparo de DNA, pode-se encontrar a DNA polimerase I de E. coli , Thermus aquaticus e Bacillus stearothermophilus . Essas polimerases de reparo estão envolvidas em processos básicos de reparo excisional e na síntese dos fragmentos de Okazaki da fita retardada durante a replicação.

Família B

Esta família agrupa essencialmente as polimerases de DNA replicativas e inclui as polimerases de DNA Pol α , Pol δ e Pol ε de eucariotos . A DNA polimerase da família B foi identificada em todas as espécies de archaea examinadas. A família B também contém DNA polimerases de bactérias e bacteriófagos , sendo os mais bem caracterizados dos fagos T4 e RB69. Essas enzimas estão envolvidas na síntese da fita principal e da fita final.

Família C

As DNA polimerases desta família foram isoladas de bactérias. Eles também têm atividade de exonuclease 5 '→ 3' .

Família D

As DNA polimerases da família D permanecem mal caracterizadas e foram encontradas apenas entre Euryarchaeota , um ramo ( filo ) do reino de Archaea .

Família X

A família X compreende a DNA polimerase β bem caracterizada em eucariotos e outras DNA polimerases, como Pol σ , Pol λ e Pol μ . A DNA polimerase β é necessária para processar o reparo do DNA denominado BER ( reparo por excisão de base ). O Pol λ e μ Pol envolvidos no processo de reparo do DNA envolvendo quebras de fita dupla.

Família Y

As polimerases da família Y são caracterizadas por sua capacidade de tolerar danos ao DNA durante a replicação. Eles são chamados de translésão de polimerases (TLS translesion sythesis polimerases ). Eles não têm uma função de exonuclease 3 '→ 5' . Sua fidelidade durante a síntese de DNA é baixa, mesmo na ausência de DNA danificado.

Família RT

A família da transcriptase reversa inclui DNA polimerases de retrovírus e de eucariotos . Essas polimerases são capazes de sintetizar DNA a partir de um molde de RNA .

A teta polimerase pode ser capaz de realizar a transcriptase reversa.

Bibliografia

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Veja também

Notas e referências

(en) Gurushankar Chandramouly , Jiemin Zhao , Shane McDevitt e Timur Rusanov , “ reparação do ADN Polθ transcreve reversa de ARN e ARN-promove modelada ” , Advances Ciência , vol. 7, N o 24,1 ° de junho de 2021, eabf1771 ( ISSN 2375-2548 , PMID 34117057 , DOI 10.1126 / sciadv.abf1771 , ler online , acessado em 5 de julho de 2021 )