ADN Polimerasa

Definición de ADN polimerasa

Las ADN polimerasas son un grupo de enzimas que se utilizan para hacer copias de las plantillas de ADN, que se utilizan esencialmente en los mecanismos de replicación del ADN. Estas enzimas hacen nuevas copias de ADN a partir de moldes existentes y también funcionan reparando el ADN sintetizado para prevenir mutaciones. La ADN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que constituye la columna vertebral de las moléculas de ADN. Utiliza un ion magnesio en actividad catalítica para equilibrar la carga del grupo fosfato.

¿Qué son las ADN polimerasas?

La ADN polimerasa fue identificada por primera vez por Arthur Kornberg en lisados de Escherichia coli, en 1956.
La enzima se encuentra y se usa en la replicación del ADN de células procariotas y eucariotas.
Se han descubierto varios tipos de enzimas ADN polimerasa y la primera en descubrirse se llama ADN polimerasa I.
Cada uno de estos tipos juega un papel importante en los mecanismos de replicación y reparación del ADN.
Sin embargo, las ADN polimerasas no se utilizan para iniciar la síntesis de nuevas cadenas, sino en la extensión de cadenas de ADN o ARN ya existentes que están emparejadas con una cadena molde.
La ADN polimerasa comienza su mecanismo después de que se crea un fragmento corto de ARN como un cebador y se empareja con una hebra de ADN molde.
La ADN polimerasa actúa sintetizando la nueva cadena de ADN agregando nuevos nucleótidos que coinciden con los de la plantilla, extendiendo el extremo 3 ‘de la cadena de la plantilla. Cada nucleótido está vinculado con un enlace fosfodiéster.
La ADN polimerasa utiliza energía de la hidrólisis del enlace fosfoanhídrido que se encuentra entre los tres fosfatos (nucleósidos trifosfatos) unidos a cada base libre (nucleótidos).
La adición de un nucleótido a una cadena de ADN en crecimiento forma un enlace fosfodiéster entre el fosfato del nucleótido y la cadena en crecimiento utilizando el enlace fosfato de alta energía de hidrólisis, liberando dos fosfatos distales conocidos como pirofosfato.
Las ADN polimerasas son muy precisas en su mecanismo con errores mínimos de menos de un error por cada ¹⁰⁷ nucleótidos.
Algunos tipos de ADN polimerasa tienen la capacidad de corregir y eliminar bases no coincidentes de nucleótidos y corregirlas.
También corrigen los desajustes posteriores a la replicación controlando y reparando los errores, distinguiendo los desajustes de la nueva hebra de las secuencias de la hebra plantilla.
La célula eucariota contiene cinco ADN polimerasa α, β, γ, δ y ε. La polimerasa γ se encuentra en las mitocondrias de la célula y replica activamente el ADN mitocondrial, mientras que la polimerasa α, β, δ se encuentran en el núcleo celular, por lo que participa en la replicación del ADN nuclear.
La polimerasa α y δ se aplican principalmente y son activas en las células de buceo, por lo que participan en la replicación, mientras que la polimerasa β es activa tanto en las células de buceo como en las no divididas, por lo que está involucrada en la reparación del daño del ADN.

Estructura de la ADN polimerasa

Las ADN polimerasas generalmente tienen una estructura conservada y, por lo tanto, definen su papel vital en la función celular que no puede ser reemplazada.
Las ADN polimerasas están formadas por subdominios que se asemejan a una mano derecha abierta como la palma, los dedos y el pulgar.
La palma contiene los aminoácidos esenciales catalíticos en sus sitios activos.
Los dedos juegan un papel importante en el reconocimiento y la unión de nucleótidos.
El pulgar es para la unión del sustrato de ADN.
Existe un dominio que se encuentra entre el dedo y el pulgar conocido como bolsillo, que se compone de dos regiones, es decir, el sitio de inserción y el sitio de postinserción.
Los nucleótidos entrantes se unen al sitio de inserción, mientras que el nuevo par de bases se une en el sitio posterior a la inserción.
Otros subdominios junto con estos dominios son específicos para cada familia y cada uno tiene funciones esenciales en la replicación del ADN.
Sin embargo, estos subdominios son diferentes para cada polimerasa.

Estructura de la familia A

Además de los subdominios ya discutidos, la polimerasa de la familia A tiene además una exonucleasa de 5 ‘a 3’ que se usa para eliminar los cebadores de ARN de los fragmentos de Okazaki.
Algunos grupos de la familia A también tienen una actividad exonucleasa de 3 ′ a 5 ′ que funciona para corregir el ADN.

Estructura de la familia B

También poseen los subdominios básicos con 3 ‘a 5 extremadamente activos; exonucleasa para corregir los errores de replicación del ADN.

Estructura de la familia X

Estos grupos familiares tienen los subdominios pulgar, palma y dedo que son estructuralmente parte del N-terminal o en el fragmento de polimerasa de 31 kDA.
La palma de esta familia contiene tres motivos de ácido aspártico, los dedos tienen hélices M y N que contienen residuos de aminoácidos.
El N-terminal está conectado a un dominio amino-terminal de 8 kDa que contiene una 5 ‘desoxirribosa fosfato liasa, que es esencial en la reparación de la escisión de bases.

Estructura de la familia Y

El N-terminal de este grupo contiene el núcleo catalítico de la palma, los dedos y el pulgar.
También tienen un C-terminal que tiene una estructura terciaria conservada de una hoja beta de cuatro hebras sostenida en un lado por dos hélices alfa, que también se conocen como dominio del dedo meñique. Desempeñan un papel en la unión del ADN y es esencial para completar la actividad de la polimerasa.
Sin embargo, esta familia carece de flexibilidad, a diferencia de las otras familias.

Tipos de ADN polimerasa

Básicamente, los tipos de ADN polimerasa también se dividen dependiendo del organismo que los posea, es decir, ADN polimerasas eucariotas y procariotas. Estos tipos de ADN polimerasa se clasifican en función de sus características, incluidas las secuencias estructurales y las funciones.

Tipos de ADN polimerasa eucariota

Polimerasa γ

La polimerasa γ es una polimerasa de tipo A, cuya función principal es replicar y reparar el ADN mitocondrial.
También funciona revisando la actividad exonucleasa 3 ‘a 5’.
Las mutaciones en Poly γ afectan significativamente el ADN mitocondrial causando trastornos mitocondriales autosómicos.

Polimerasa α, polimerasa δ y polimerasa ε

Estas son las enzimas polimerasas tipo B y son las principales polimerasas aplicadas en la replicación del ADN.
Pol α actúa uniéndose a la enzima primasa, formando un complejo, donde ambos juegan un papel en el inicio de la replicación. La enzima primasa crea y coloca un cebador de ARN corto que permite que Pol α inicie el proceso de replicación.
Pol δ inicia la síntesis de la hebra retrasada de Pol α, mientras que Pol ε se cree que sintetiza la hebra principal durante la replicación.
Los estudios indican que Pol δ replica tanto la hebra anterior como la rezagada.
Pol δ y ε también tienen una actividad exonucleasa de 3 ‘a 5’.

Polimerasa β, polimerasa μ y polimerasa λ

Estos son el tipo 3 o la familia X de enzimas polimerasas.
Pol β tiene un mecanismo de reparación por escisión de base de parche corto en el que repara bases alquiladas u oxidadas.
Pol λ y Pol μ son importantes para volver a unir las roturas de doble hebra del ADN debido al peróxido de hidrógeno y la radiación ionizante, respectivamente.

Polimerasas η, polimerasa ι y polimerasa κ

Son polimerasas de tipo 4 o de la familia Y que se utilizan principalmente en la reparación del ADN mediante un mecanismo conocido como síntesis de translesión.
Son propensos a errores durante la síntesis de ADN.
Pol η funciona asegurando con precisión la síntesis por translesión de los daños en el ADN causados por la radiación ultravioleta.
Pol κ todavía es estudiante, pero una de sus funciones conocidas es extender o insertar bases específicas en ciertas lesiones del ADN.
Las polimerasas de síntesis de translesión son activadas por ADN polimerasa replicativa estancada.

Desoxinucleotidil transferasa terminal (TdT)

La TdT funciona catalizando la polimerización de desoxinucleósido trifosfato en el grupo 3′-hidroxilo de una cadena polinucleotídica preformada.
TdT es una ADN polimerasa no dirigida por molde.
Se detectó por primera vez en la glándula del timo.

Tipos de ADN polimerasa procariota

ADN polimerasa I

Se trata de una enzima polimerasa de tipo A o de la familia A que se aisló inicialmente de E. coli y se encontró con mayor abundancia en E. coli.
Su función principal es la reparación por escisión de cadenas de ADN desde la dirección 3′-5 ′ a la dirección 5′-3, como exonucleasa.
También ayuda con la maduración de los fragmentos de Okazaki, que son cadenas cortas de ADN que forman la cadena rezagada durante la replicación del ADN.
Su función durante la replicación es la adición de nucleótidos en el cebador de ARN y se mueve a lo largo de la dirección 5′-3 ′.
El sitio de unión de la ADN polimerasa I se conoce como octilglucósido.

ADN polimerasa II

Pertenece al Tipo B o Familia B de las polimerasas.
Su función principal es la actividad de exonucleasa 3 ‘- 5’ y también reiniciar la replicación después de que la replicación se detiene debido a daños en la cadena de ADN.
La ADN polimerasa II se encuentra en la horquilla de replicación, para ayudar a dirigir las actividades de otras polimerasas.

ADN polimerasa III

Esta es la enzima principal que se utiliza en la replicación del ADN, perteneciente a la Familia C o Tipo C.
Es responsable de la síntesis de nuevas hebras mediante la adición de nucleótidos al grupo 3′-OH del cebador.
Tiene una actividad de exonucleasa 3′-5 ′, por lo que también puede corregir los errores que pueden surgir durante la replicación de la cadena de ADN.

ADN polimerasa IV

Pertenece a la Familia Y y participa en la mutagénesis no dirigida.
Su activación se basa en la actividad de estancamiento de la bifurcación de replicación.
Cuando se activa, crea un punto de control, detiene la replicación y da tiempo para reparar adecuadamente las lesiones en la nueva cadena de ADN.
También participa en el mecanismo de reparación de la síntesis de translesiones.
No tiene actividad nucleasa, por lo que es propenso a errores en la replicación del ADN.

ADN polimerasa V

Pertenece a la Familia Y, con alta actividad reguladora.
Se produce solo cuando el ADN está dañado y requiere síntesis de translesión.
También carece de funciones de exonucleasa y, por lo tanto, no puede corregir la síntesis de réplicas de ADN, lo que la hace menos eficiente.

Taq ADN polimerasa

La polimerasa Taq es un tipo termoestable de ADN polimerasa 1 que se aisló inicialmente de una eubacteriana termófila conocida como Thermus aquaticus.
Se abrevia como Taq o Taq pol.
Se usa comúnmente en la reacción en cadena de la polimerasa para amplificar hebras cortas de ADN.
Debido a su naturaleza termofílica, es capaz de resistir la desnaturalización que se requiere durante la PCR, por lo que reemplazó a la ADN polimerasa de E. coli.

Mecanismo de la ADN polimerasa

El mecanismo de la ADN polimerasa se denomina mecanismo de dos iones metálicos, es decir, dos iones metálicos actúan como sitios activos para estabilizar la transmisión de la replicación. El primer ion metálico actúa activando el grupo hidroxilo que ataca al grupo fosfato del dNTP y el segundo ion metálico estabiliza las cargas negativas y se acumula en el oxígeno izquierdo y los grupos fosfato quelantes.

ADN polimerasa vs ARN polimerasa

SN	Caracteristicas	ADN polimerasa	Polimerasa de ARN
1.	Definición	Es una enzima que sintetiza el ADN.	Es una enzima que sintetiza el ARN.
2.	Mecanismo	El mecanismo de la ADN polimerasa es durante la replicación mediante el cual sintetiza nuevas hebras de ADN.	La ARN polimerasa funciona durante la transcripción, que es la síntesis de ARN.
3.	Hebras	Sintetiza una molécula de ADN de doble hebra.	Sintetiza una molécula de ARN monocatenario.
4.	Presencia o ausencia de Primer	Su mecanismo de replicación se inicia mediante un cebador de ARN corto.	No necesita una cartilla para iniciar la transcripción.
5.	Inserción de nucleótidos	Inserta nucleótidos después de encontrar el extremo 3 ‘OH libre con la ayuda del cebador-sintetizador, la enzima primasa.	Agrega nucleótidos directamente.
6.	Bases de aminoácidos	Agrega dATP (adenina-timina), dGTP, dCTP y dTTP a la nueva cadena de ADN en crecimiento	Inserta dATP, dGTP, dCTP y dUTP en la cadena de ARN en crecimiento.
7.	Funcionalidad	Tiene actividad de polimerización y corrección de pruebas.	La ARN polimerasa solo tiene actividad de polimerización.
8.	Tasa de polimerización	La velocidad de polimerización por la ADN polimerasa es de aproximadamente 1000 nucleótidos por segundo en procariotas.	La tasa de ARN polimerasa es de 40 a 80 nucleótidos por segundo.
9.	Eficiencia	La enzima ADN polimerasa es más rápida, eficiente y precisa considerando su actividad de corrección de pruebas.	La ARN polimerasa es más lenta, ineficaz e inexacta.
10.	Subtipos	La ADN polimerasa tiene tres subtipos diferentes: Tipo 1, 2 y 3.	La ARN polimerasa tiene cinco subtipos diferentes en eucariotas
11.	Terminación	La síntesis de ADN continúa hasta el final cuando termina la hebra, es decir, cuando se detiene la polimerización, por lo que se sintetiza todo el ADN cromosómico.	La polimerización finaliza cuando la ARN polimerasa encuentra el codón de terminación o el codón de terminación en la cadena de ácido nucleico.