ADN polimeraza este o enzimă implicată în replicarea ADN-ului . Enzimele din această clasă catalizează polimerizarea dezoxiribonucleotidelor de-a lungul lanțului de nucleotide ADN , pe care enzima îl „citește” și îl folosește ca șablon. Tipul unei noi nucleotide este determinat de principiul complementarității cu șablonul din care se efectuează citirea. Molecula asamblată este complementară monocoilului șablon și identică cu a doua componentă a dublei helix. [unu]
ADN polimeraza dependentă de ADN este izolată ( EC 2.7.7.7 Arhivat la 29 septembrie 2007 pe Wayback Machine ), folosind una dintre catenele ADN ca șablon și ADN polimeraza dependentă de ARN (un alt nume este transcriptază inversă , EC 2.7.7.49). Copie de arhivă din 29 septembrie 2007 la Wayback Machine ), care este, de asemenea, capabilă să citească informații din ARN ( transcriere inversă ) [2] .
ADN polimeraza este considerată o holoenzimă deoarece necesită prezența ionilor de magneziu ca cofactor pentru a funcționa corect . În absența ionilor de magneziu , aceasta poate fi numită apoenzimă .
ADN polimeraza începe replicarea ADN-ului prin legarea de un segment al unui lanț de nucleotide. Numărul mediu de nucleotide atașate de enzima ADN polimerază într-un act de legare/disociere cu matrița se numește procesivitate .
După cum știți, cele două catene ale moleculei de ADN sunt antiparalele. Capetele diferite ale aceleiași șuvi se numesc capătul 3’ și capătul 5’. Replicarea are loc prin creștere continuă nucleotidă cu nucleotidă a ambelor lanțuri noi simultan. Modelul este citit de ADN polimeraza numai în direcția 3’-5’, adăugând nucleotide libere la capătul 3’ al lanțului asamblat. Prin urmare, sinteza ADN-ului are loc continuu doar pe una dintre catenele șablon, numită „ conducător ”. În a doua catenă („ lagging ”) sinteza are loc în fragmente scurte .
Niciuna dintre ADN-polimerazele cunoscute nu poate crea un lanț de la zero: ele sunt capabile doar să adauge nucleotide la o grupare 3’-hidroxil deja existentă. Din acest motiv, ADN polimeraza are nevoie de un primer la care să poată adăuga prima nucleotidă. Primerii sunt alcătuiți din baze ARN și ADN, primele două baze fiind întotdeauna baze ARN. Primerii sunt sintetizați de o altă enzimă- primază . O altă enzimă, helicaza , este necesară pentru a desfășura helixul dublu al ADN-ului pentru a forma o structură monocatenară care asigură replicarea ambelor catene în conformitate cu modelul semi-conservator de replicare a ADN-ului.
Unele ADN polimeraze au, de asemenea, capacitatea de a corecta erorile din catena de ADN nou asamblată. Dacă este detectată o pereche de baze incorectă, ADN polimeraza se întoarce cu un pas înapoi. Datorită activității sale hidrolitice 3’-5’- exonucleazei , ADN polimeraza poate îndepărta nucleotida greșită din lanț și apoi o poate introduce pe cea corectă în locul său, după care replicarea continuă normal.
Structura ADN-polimerazelor este fixată destul de rigid. Subunitățile lor catalitice diferă foarte puțin în diferite tipuri de celule vii. Această fixare a structurii apare de obicei acolo unde lipsa diversităţii se datorează importanţei mari sau chiar indispensabilităţii pentru funcţionarea celulei.
Genele unor virusuri codifică, de asemenea, ADN polimeraze speciale care pot replica selectiv ADN-ul viral. Retrovirusurile au o genă ADN polimerază neobișnuită, numită și transcriptază inversă , care este o ADN polimerază dependentă de ARN care asamblează ADN-ul pe baza ARN-ului șablon.
Pe baza structurii lor, ADN polimerazele pot fi clasificate în șapte familii diferite: A, B, C, D, X, Y și RT.
Familia A include ADN polimeraze replicative și reparatoare. Membrii replicativi ai acestei familii sunt, de exemplu, ADN polimeraza virusului T7 bine studiată sau ADN polimeraza mitocondrială eucariotă y . Printre polimerazele reductive găsim exemple precum E. coli ADN polimeraza I , Thermus aquaticus polimeraza I sau Bacillus stearothermophilus polimeraza I. Polimerazele restaurative sunt implicate în procesul de depanare a ADN-ului asamblat, precum și în procesarea fragmentelor Okazaki .
Familia B include în principal polimeraze reductive, inclusiv principalele ADN polimeraze eucariote α, δ și ε și ADN polimeraza ζ. Această familie include, de asemenea, ADN-polimerazele unor bacterii și bacteriofagi , cum ar fi bacteriofagii T4, Phi29 și RB69. Aceste enzime sunt utilizate în sinteza atât a monocatenelor ADN 3’-5’ cât și 5’-3’. O caracteristică distinctivă a polimerazelor acestei familii este fidelitatea remarcabilă a replicării. Multe au, de asemenea, o activitate puternică de 3’-5’-exonuclează (cu excepția ADN polimerazelor α și ζ, care nu au capacitatea de a corecta erorile) [3] .
Polimerazele acestei familii sunt în principal enzime replicative cromozomiale bacteriene , care, în plus, au o activitate 3'-5'-exonuclează.
Polimerazele acestei familii nu au fost suficient studiate. Toate exemplarele cunoscute sunt considerate polimeraze replicative și se găsesc în arheile subdomeniului Euryarchaeota [4] .
Familia X include binecunoscuta ADN polimeraza eucariotă β, precum și altele precum σ, λ, μ și deoxinucleotidil transferaza terminală (TdT). ADN polimeraza β este necesară pentru procesul de reparare a secțiunilor ADN deteriorate . Polimerazele λ și μ sunt implicate într-o conexiune neomoloagă - procesul de reparare a rupurilor dublei helix.TdT se exprimă numai în țesutul limfoid și adaugă „n nucleotide” la rupturile duble helix formate în timpul recombinării B (P) C . Drojdia Saccharomyces cerevisiae are o singură polimerază X, Pol4 , implicată în compusul neomolog [5] .
Polimerazele acestei familii diferă de altele prin productivitatea lor scăzută pe șabloanele intacte, precum și prin capacitatea de a se replica pe șabloanele ADN deteriorate. Ca rezultat, membrii familiei sunt numiți polimeraze de sinteză translezională. În funcție de natura leziunii (leziunii), polimerazele TLS pot restabili lanțul original. Este posibil ca eroarea să nu fie recuperată, ceea ce duce la mutații. Pacienții de Xeroderma pigmentosum , de exemplu, au o genă mutantă a ADN polimerazei η (eta), care este tolerantă la leziuni, dar alte polimeraze, cum ar fi ζ (aparținând familiei B), suferă de mutații despre care se crede că pot duce la predispoziție la cancer.
Alți membri ai acestei familii sunt polimerazele ι și κ umane, precum și deoxinucleotidil transferaza terminală Rev1. E. coli are două polimeraze TLS: IV (DINB) și V (UMUC) [6] .
Familia reverse transcriptaza (numele familiei vine din engleză. reverse transcriptase ) conține polimeraze găsite atât în retrovirusuri, cât și în eucariote. Sunt ADN polimeraze dependente de ARN, adică, spre deosebire de enzimele descrise mai sus, sunt folosite ca matriță pentru sinteza ARN, nu ADN. Reverse transcriptazele eucariote sunt reprezentate în principal de telomeraze . Aceste polimeraze folosesc ARN șablon pentru a sintetiza o catenă de ADN.
Bacteriile au cinci ADN polimeraze:
Eucariotele conțin cel puțin cincisprezece tipuri de ADN polimeraze [7] :
Au fost găsite și alte polimeraze eucariote.
Nicio polimerază eucariotă nu poate scinda primerii, adică nu are activitate de 5'-3'-exonuclează. Această funcție este îndeplinită de alte enzime. Numai polimerazele care efectuează alungirea (γ, δ și ε) au proprietăți 3’-5’-exonuclează.