DNA polimerase - DNA polymerase

DNA polimerase dirigida por DNA
DNA polimerase.png
Estrutura 3D dos motivos da hélice-volta-hélice de ligação ao DNA na DNA polimerase beta humana (com base no arquivo PDB 7ICG )
Identificadores
EC nº 2.7.7.7
CAS no. 9012-90-2
Bancos de dados
IntEnz Vista IntEnz
BRENDA Entrada BRENDA
ExPASy NiceZyme view
KEGG Entrada KEGG
MetaCyc via metabólica
PRIAM perfil
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Ontologia Genética AmiGO / QuickGO

Uma DNA polimerase é um membro de uma família de enzimas que catalisam a síntese de moléculas de DNA a partir de nucleosídeos trifosfatos , os precursores moleculares do DNA. Essas enzimas são essenciais para a replicação do DNA e geralmente funcionam em grupos para criar dois duplexes de DNA idênticos a partir de um único duplex de DNA original. Durante este processo, a DNA polimerase "lê" as fitas de DNA existentes para criar duas novas fitas que combinam com as existentes. Essas enzimas catalisam a reação química

trifosfato de desoxinucleosídeo + DNA npirofosfato + DNA n + 1 .

A DNA polimerase adiciona nucleotídeos às três extremidades principais (3 ') de uma fita de DNA, um nucleotídeo de cada vez. Cada vez que uma célula se divide , as DNA polimerases são necessárias para duplicar o DNA da célula, de modo que uma cópia da molécula de DNA original possa ser passada para cada célula filha. Desta forma, a informação genética é passada de geração em geração.

Antes que a replicação possa ocorrer, uma enzima chamada helicase desenrola a molécula de DNA de sua forma fortemente entrelaçada, quebrando no processo as ligações de hidrogênio entre as bases de nucleotídeos . Isso abre ou "descompacta" o DNA de fita dupla para dar duas fitas simples de DNA que podem ser usadas como modelos para replicação na reação acima.

História

Em 1956, Arthur Kornberg e colegas descobriram a DNA polimerase I (Pol I), em Escherichia coli . Eles descreveram o processo de replicação do DNA pelo qual a DNA polimerase copia a sequência de bases de um molde de fita de DNA. Kornberg recebeu mais tarde o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1959 por este trabalho. A DNA polimerase II foi descoberta por Thomas Kornberg (filho de Arthur Kornberg ) e Malcolm E. Gefter em 1970, enquanto elucidava ainda mais o papel da Pol I na replicação do DNA de E. coli . Três outras DNA polimerases foram encontradas em E. coli , incluindo DNA polimerase III (descoberta na década de 1970) e DNA polimerases IV e V (descoberta em 1999).

Função

A DNA polimerase se move ao longo da fita antiga na direção 3'– 5 ', criando uma nova fita com uma direção 5'– 3'.
DNA polimerase com capacidade de revisão

A principal função da DNA polimerase é sintetizar DNA a partir de desoxirribonucleotídeos , os blocos de construção do DNA. As cópias de DNA são criadas pelo emparelhamento de nucleotídeos a bases presentes em cada fita da molécula de DNA original. Esse emparelhamento sempre ocorre em combinações específicas, com citosina junto com guanina e timina junto com adenina , formando dois pares separados, respectivamente. Em contraste, as RNA polimerases sintetizam RNA de ribonucleotídeos de RNA ou DNA.

Ao sintetizar novo DNA, a DNA polimerase pode adicionar nucleotídeos livres apenas à extremidade 3 ' da fita recém-formada. Isso resulta no alongamento da fita recém-formada na direção 5'– 3 '.

É importante notar que a direcionalidade da fita recém-formada (a fita filha) é oposta à direção na qual a DNA polimerase se move ao longo da fita molde. Uma vez que a DNA polimerase requer um grupo 3 'OH livre para o início da síntese, ela pode sintetizar em apenas uma direção, estendendo a extremidade 3' da cadeia de nucleotídeos preexistente. Conseqüentemente, a DNA polimerase se move ao longo da fita molde na direção 3'-5 ', e a fita filha é formada na direção 5'-3'. Essa diferença permite que o DNA de fita dupla resultante formado seja composto de duas fitas de DNA antiparalelas uma à outra.

A função da DNA polimerase não é totalmente perfeita, com a enzima cometendo cerca de um erro para cada bilhão de pares de bases copiados. A correção de erros é uma propriedade de algumas, mas não de todas as polimerases de DNA. Esse processo corrige erros no DNA recém-sintetizado. Quando um par de bases incorreto é reconhecido, a DNA polimerase se move para trás em um par de bases de DNA. A atividade de exonuclease 3'-5 ' da enzima permite que o par de bases incorreto seja excisado (essa atividade é conhecida como revisão ). Após a excisão da base, a polimerase pode reinserir a base correta e a replicação pode continuar para a frente. Isso preserva a integridade da fita de DNA original que é passada para as células-filhas.

A fidelidade é muito importante na replicação do DNA. Incompatibilidades no pareamento de bases do DNA podem resultar em proteínas disfuncionais e podem levar ao câncer. Muitas DNA polimerases contêm um domínio de exonuclease, que atua na detecção de incompatibilidades de pares de bases e, ainda, atua na remoção do nucleotídeo incorreto a ser substituído pelo correto. A forma e as interações que acomodam o par de bases Watson e Crick são o que contribuem principalmente para a detecção ou erro. As ligações de hidrogênio desempenham um papel fundamental na ligação e interação do par de bases. Diz-se que a perda de uma interação, que ocorre em uma incompatibilidade, desencadeia uma mudança no equilíbrio, para a ligação do iniciador modelo, da polimerase, ao domínio de exonuclease. Além disso, a incorporação de um nucleotídeo errado causa um retardo na polimerização do DNA. Este atraso dá tempo para que o DNA seja trocado do local da polimerase para o local da exonuclease. Diferentes mudanças conformacionais e perda de interação ocorrem em diferentes incompatibilidades. Em uma incompatibilidade purina: pirimidina, há um deslocamento da pirimidina em direção ao sulco maior e da purina em direção ao sulco menor. Em relação à forma da bolsa de ligação da DNA polimerase, choques estéricos ocorrem entre a purina e os resíduos no sulco menor, e importantes van der Waals e interações eletrostáticas são perdidas pela pirimidina. Pirimidina: pirimidina e purina: incompatibilidades de purinas apresentam mudanças menos notáveis, uma vez que as bases são deslocadas em direção ao sulco principal, e menos impedimento estérico é experimentado. No entanto, embora as diferentes incompatibilidades resultem em propriedades estéricas diferentes, a DNA polimerase ainda é capaz de detectá-las e diferenciá-las de maneira uniforme e manter a fidelidade na replicação do DNA. A polimerização do DNA também é crítica para muitos processos de mutagênese e é amplamente empregada em biotecnologias.

Estrutura

As DNA polimerases conhecidas têm estrutura altamente conservada, o que significa que suas subunidades catalíticas gerais variam muito pouco de espécie para espécie, independentemente de suas estruturas de domínio. Estruturas conservadas geralmente indicam funções importantes e insubstituíveis da célula, cuja manutenção fornece vantagens evolutivas. A forma pode ser descrita como semelhante a uma mão direita com o polegar, o dedo e os domínios da palma. O domínio da palma parece funcionar catalisando a transferência de grupos fosforil na reação de transferência de fosforil. O DNA se liga à palma da mão quando a enzima está ativa. Acredita-se que essa reação seja catalisada por um mecanismo de íons de dois metais. O domínio dedo funciona para ligar os trifosfatos de nucleosídeo com a base do molde. O domínio do polegar desempenha um papel potencial na processividade, translocação e posicionamento do DNA.

Processividade

A rápida catálise da DNA polimerase deve-se à sua natureza processiva. A processabilidade é uma característica das enzimas que funcionam em substratos poliméricos. No caso da DNA polimerase, o grau de processabilidade refere-se ao número médio de nucleotídeos adicionados cada vez que a enzima se liga a um molde. A DNA polimerase média requer cerca de um segundo localizando e ligando uma junção primer / molde. Uma vez ligada, uma DNA polimerase não processada adiciona nucleotídeos a uma taxa de um nucleotídeo por segundo. As polimerases de DNA processivas, entretanto, adicionam vários nucleotídeos por segundo, aumentando drasticamente a taxa de síntese de DNA. O grau de processabilidade é diretamente proporcional à taxa de síntese de DNA. A taxa de síntese de DNA em uma célula viva foi determinada primeiro como a taxa de alongamento do DNA do fago T4 em E. coli infectada por fago . Durante o período de aumento exponencial do DNA a 37 ° C, a taxa foi de 749 nucleotídeos por segundo.

A capacidade da DNA polimerase de deslizar ao longo do molde de DNA permite maior processabilidade. Há um aumento dramático na processabilidade na bifurcação de replicação . Esse aumento é facilitado pela associação da DNA polimerase com proteínas conhecidas como clamp deslizante de DNA . As pinças são várias subunidades de proteínas associadas na forma de um anel. Usando a hidrólise do ATP, uma classe de proteínas conhecida como proteínas de carregamento das braçadeiras deslizantes abre a estrutura do anel das braçadeiras deslizantes de DNA, permitindo a ligação e a liberação da fita de DNA. A interação proteína-proteína com o grampo evita que a DNA polimerase se difunda do molde de DNA, garantindo assim que a enzima se ligue à mesma junção iniciador / molde e continue a replicação. A DNA polimerase altera a conformação, aumentando a afinidade para o grampo quando associada a ele e diminuindo a afinidade quando completa a replicação de um trecho de DNA para permitir a liberação do grampo.

Variação entre espécies

Família A de DNA polimerase
PDB 2hht EBI.jpg
c: par o6-metil-guanina na posição do par de base da polimerase-2
Identificadores
Símbolo DNA_pol_A
Pfam PF00476
InterPro IPR001098
INTELIGENTE -
PRÓSITO PDOC00412
SCOP2 1dpi / SCOPe / SUPFAM
Família B da DNA polimerase
PDB 2dy4 EBI.jpg
estrutura cristalina de rb69 gp43 em complexo com dna contendo timina glicol
Identificadores
Símbolo DNA_pol_B
Pfam PF00136
Clã Pfam CL0194
InterPro IPR006134
PRÓSITO PDOC00107
SCOP2 1noy / SCOPe / SUPFAM
DNA polimerase tipo B, organelar e viral
PDB 1xhz EBI.jpg
phi29 dna polimerase, forma de cristal ortorrômbico, complexo ssdna
Identificadores
Símbolo DNA_pol_B_2
Pfam PF03175
Clã Pfam CL0194
InterPro IPR004868

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

Alguns vírus também codificam polimerases de ADN especiais, tais como a hepatite B polimerase de DNA do vírus . 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 .

Família Tipos de DNA polimerase Taxa Exemplos Recurso
UMA Polimerases Replicativas e de Reparo Eucariótica e procariótica T7 DNA polimerase, Pol I, Pol γ, θ e ν Dois domínios de exonuclease (3'-5 'e 5'-3')
B Polimerases Replicativas e de Reparo Eucariótica e procariótica Pol II, Pol B, Pol ζ, Pol α, δ e ε 3'-5 exonuclease (revisão); os virais usam primer de proteína
C Polimerases Replicativas Procariota Pol III 3'-5 exonuclease (revisão)
D Polimerases Replicativas Euryarchaeota PolD (heterodímero DP1 / DP2) Sem recurso de "mão", tipo RNA polimerase de barril duplo ; 3'-5 exonuclease (revisão)
X Polimerases Replicativas e de Reparo Eucariótica Pol β, Pol σ, Pol λ, Pol μ e desoxinucleotidil transferase terminal modelo opcional; 5 'fosfatase (apenas Pol β); característica de "mão" fraca
Y Polimerases Replicativas e de Reparo Eucariótica e procariótica Pol ι, Pol κ, Pol η, Pol IV e Pol V Síntese de Translesão
RT Polimerases Replicativas e de Reparo Vírus, retrovírus e eucarióticos Telomerase , vírus da hepatite B Dependente de RNA

Polimerase procariótica

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 I

As polimerases da família A procariótica incluem a enzima DNA polimerase I (Pol I), que é codificada pelo gene polA e ubíqua entre os procariotos . Esta polimerase de reparo está envolvida no reparo por excisão com atividade de exonuclease 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 molde conhecida como a origem de replicação (ori). Aproximadamente 400 bp a jusante da origem, a holoenzima Pol III é montada e assume a replicação em alta velocidade e natureza de processamento.

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

Pol II

A DNA polimerase II é uma polimerase da família B codificada pelo gene polB. Pol II tem atividade de exonuclease 3'-5 'e participa do reparo do DNA , reinício da replicação para contornar as lesões e sua presença celular pode pular 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 de Pol II seja a capacidade de direcionar a atividade da polimerase na bifurcação de replicação e ajudar a paralisar Pol III a contornar incompatibilidades terminais.

Pfu DNA polimerase é uma enzima estável ao calor desta família encontrada no 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 III

A holoenzima DNA polimerase III é a principal enzima envolvida na replicação do DNA em E. coli e pertence à família C polimerases. Ele 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 do núcleo em cada bifurcação de replicação (RF), um para cada fita, o atrasado e o principal. No entanto, evidências recentes de estudos de molécula única indicam uma média de três equivalentes estequiométricos da 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 rotação 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 associado 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 IV

Em E. coli , a DNA polimerase IV (Pol IV) é uma DNA polimerase propensa a erros envolvida na mutagênese não direcionada. Pol IV é uma polimerase da Família Y expressa pelo gene dinB que é ativado via indução SOS causada por polimerases paralisadas na forquilha de replicação. Durante a indução de SOS, a produção de Pol IV aumenta dez vezes e uma das funções durante esse período é interferir na 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 do 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 V

A DNA polimerase V (Pol V) é uma DNA polimerase da família Y que está envolvida na resposta SOS e nos mecanismos de reparo da 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-traducionalmente 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, foi proposto um modelo de "cinto de ferramentas" de polimerase para trocar pol III por pol IV em uma forquilha de replicação paralisada, 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, a Pol IV pode catalisar a inserção e a extensão com alta eficiência, enquanto a pol V é considerada a principal polimerase SOS TLS. Um exemplo é o desvio da 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.

Família D

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 assemelham-se aos das polimerases de RNA de múltiplas subunidades . A interface DP1-DP2 se assemelha àquela do dedo de zinco polimerase de Classe B eucariótico e sua pequena subunidade. DP1, uma exonuclease semelhante a Mre11 , é provavelmente o precursor da 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 polimerase eucariótica

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

As polimerases da Família X contêm a bem conhecida polimerase eucariótica pol β (beta) , bem como outras polimerases eucarióticas, como Pol σ (sigma), Pol λ (lambda) , Pol μ (mu) e desoxinucleotidil transferase terminal (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 patch curto , uma via de reparo de DNA que é essencial para reparar bases alquiladas ou oxidadas, bem como sítios 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. O TdT é expresso 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)

Pol α (alfa) , Pol δ (delta) e Pol ε (epsilon) são membros da Família B das 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 regulatória POLA2 e as subunidades primase pequena e grande PRIM1 e PRIM2, respectivamente. Uma vez 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 posterior de Pol α. Pol δ é expresso pelos genes POLD1 , criando a subunidade catalítica POLD2 , POLD3 e POLD4 criando as outras subunidades que interagem com o Antígeno Nuclear de Célula em Proliferação (PCNA), que é um clamp 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, apesar de ser desnecessária para a atividade da polimerase, é considerada essencial para a vitalidade celular. Acredita-se que a região C-terminal forneça um ponto de verificação antes de entrar na anáfase, forneça estabilidade à holoenzima e adicione 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 responsável pela revisão está inativada em Pol α. Pol ε é único por ter dois domínios de dedo de zinco e uma cópia inativa de outra polimerase da família B em seu C-terminal. A presença deste dedo de zinco tem implicações nas origens do Eucarioto, que neste caso é colocado no grupo Asgard com polimerase B3 de archaeal.

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

Pol η (eta) , Pol ι (iota) e Pol κ (kappa), são DNA polimerases da Família Y envolvidas no reparo do DNA por síntese de tradução e codificadas pelos genes POLH, POLI e POLK, respectivamente. Os membros da Família Y têm cinco motivos comuns para ajudar 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 encontraram 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 fio contém o dano, o fio principal ou o fio retardador.

Polimerases Rev1 e ζ (zeta)

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 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 que danificam o DNA devido ao colapso dos garfos de replicação onde as polimerases de replicação pararam.

Telomerase

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 3 'de fita simples 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 um molde. 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. Pensa-se que a diminuição gradual no tamanho dos telômeros como resultado de muitas replicações ao longo da vida está associada aos efeitos do envelhecimento.

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

Pol γ (gama), Pol θ (theta) e Pol ν (nu) são polimerases da Família A. Pol γ, codificado pelo gene POLG , foi por muito tempo considerado a única polimerase mitocondrial . No entanto, pesquisas recentes mostram que pelo menos Pol β (beta) , uma polimerase da Família X, também está presente nas mitocôndrias. Qualquer mutação que leva a Pol γ limitado ou não funcional tem um efeito significativo no mtDNA e é a causa mais comum de doenças mitocondriais hereditárias autossômicas. Pol γ contém um domínio de polimerase do terminal C e um domínio de exonuclease 3'-5 'do terminal N que estão conectados através da região de ligação, que se liga à 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 terminais 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 plastídeo. Eles são mais semelhantes ao Pol I bacteriano do que ao Pol γ mamalliano.

Transcriptase 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 por PCR típica. Os produtos de tal experimento são, portanto, produtos de PCR amplificados a partir de 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 de 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 polimerase

O bacteriófago (fago) T4 codifica uma DNA polimerase que catalisa a síntese de DNA na direção 5 'para 3'. O fago polimerase também possui uma atividade de exonuclease que atua na direção 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 .

Veja também

Referências

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