Definição de DNA polimerase
As DNA polimerases são enzimas que catalisam a síntese de moléculas de DNA a partir de desoxirribonucleotídeos. As DNA polimerases desempenham um papel fundamental na replicação do DNA, permitindo a passagem de informações genéticas para células-filhas de geração em geração.
Editado por Christina Swords, Ph.D.
Aspectos bioquímicos das DNA polimerases
Atividade da polimerase
A polimerase permite a ligação química de moléculas individuais (monômeros) para formar uma cadeia (polímero). No caso da DNA polimerase, o polímero formado é o ácido desoxirribonucléico (DNA). Os monômeros são desoxirribonucleotídeos, mais precisamente trifosfatos de desoxinucleosídeos (dNTPs). A DNA polimerase dependente de DNA sempre usa uma fita simples de DNA já existente como molde para a síntese de uma nova fita complementar, cuja sequência de nucleotídeos é assim determinada pelo molde. Essa preservação da sequência do DNA é decisiva para a capacidade da DNA polimerase de copiar a informação genética codificada no DNA. A cópia correta do molde é obtida pelo emparelhamento de bases complementares das bases do nucleotídeo incorporado com as bases do molde de DNA, mediado por ligações de hidrogênio. A síntese da nova fita de DNA ocorre da extremidade 5 ‘à extremidade 3’. Quimicamente, ocorre um ataque nucleofílico do grupo 3′-hidroxi terminal da fita de DNA no α fosfato do dNTP, liberando pirofosfato. Esta etapa é catalisada pela polimerase.
Em contraste com as RNA polimerases (produz RNA que é usado para sintetizar proteínas a partir de aminoácidos), a síntese da fita de DNA complementar em DNA polimerases só pode ocorrer se uma extremidade 3′-hidroxi livre estiver disponível para a polimerase. O primeiro nucleotídeo é então anexado a esta extremidade. Na reação em cadeia da polimerase (PCR), uma fita simples de DNA (primer) de cerca de 15-20 nucleotídeos de comprimento é usada como o ponto de partida da reação. As enzimas geralmente requerem íons de magnésio como cofator.
A catálise da formação da ligação diéster é funcionalmente análoga à reação correspondente de RNA polimerases. O último nucleotídeo da seção já sintetizado e o nucleotídeo a ser adicionado são coordenados a um dos dois íons de magnésio cada no centro catalítico do domínio da polimerase. O primeiro grupo fosfato do nucleotídeo a ser adicionado é coordenado a ambos os íons de magnésio. A posição espacial permite que o grupo hidroxila do nucleotídeo anterior ataque o grupo fosfato do nucleotídeo a ser adicionado. No processo, um resíduo de pirofosfato é separado.
Atividade de exonuclease
Muitas polimerases também têm outras funções enzimáticas. Na presença de baixas concentrações de dNTPs, a atividade de exonuclease 3 ‘→ 5’ para a remoção de nucleotídeos predomina. Algumas polimerases também têm atividade de exonuclease 5 ‘→ 3’. Para garantir que nenhum erro ocorra na leitura do molde de DNA, eles têm esta função de leitura de prova, ou seja, eles são capazes de detectar a inserção de um nucleotídeo inadequado e removê-lo do DNA por meio da atividade de exonuclease. Isso permite a degradação de um DNA ou fita de RNA existente que já está emparelhado com a fita modelo enquanto uma nova fita está sendo formada. Isso resulta em uma troca da fita antiga por uma nova. Esta atividade de exonuclease é explorada pelo método de tradução de nick.
DNA polimerases diferentes
Em bactérias como a Escherichia coli, existem três diferentes DNA polimerases dependentes de DNA. Uma delas, a DNA polimerase I (Pol I), foi isolada em 1955 por Arthur Kornberg e foi a primeira polimerase descoberta. No entanto, esta não é a polimerase mais importante para a replicação em E. coli, uma vez que catalisa apenas cerca de 20 etapas de síntese (ou seja, tem apenas um baixo poder de processamento). No entanto, é responsável pela degradação do primer durante a replicação devido à sua atividade de exonuclease 5 ‘→ 3’. A DNA polimerase II e a DNA polimerase III, as outras duas DNA polimerases em E. coli, foram isoladas apenas 15 anos após a descoberta da DNA polimerase I, depois que mutantes de E. coli com defeito no gene da polimerase I se mostraram competentes para replicação. No entanto, esses mutantes eram particularmente suscetíveis à radiação ultravioleta e substâncias alquilantes, razão pela qual se supõe que a DNA polimerase I executa principalmente tarefas de reparo. A polimerase III, que realiza a replicação real em E. coli, é composta por um total de sete subunidades e ocorre apenas em pouquíssimas cópias por célula bacteriana.
DNA polimerases eucarióticas, incluindo DNA polimerases humanas, são classificadas nas seguintes famílias:
- Família A: DNA polimerases γ, θ e ν
- Família B: DNA polimerases α, δ, ε e ζ
- Família X: DNA polimerases β, λ, σ e μ
- Família Y: DNA polimerases η, ι e κ
A polimerase γ ocorre apenas na mitocôndria.
Apenas cinco tipos ocorrem em mamíferos: α, β, γ, δ e ε. Assume-se que as polimerases δ e ε, que são decisivas para a replicação, são caracterizadas por alto poder de processamento e função de leitura de prova. Em contraste, as polimerases α e β mostram apenas baixo poder de processamento e nenhuma função de leitura de prova.
Além disso, existem DNA polimerases dependentes de RNA que usam RNA como molde e anexam dNTPs a ele. Essas são chamadas de transcriptases reversas, que também incluem a telomerase. A única DNA polimerase independente conhecida é a desoxirribonucleotidiltransferase terminal.
Em arqueobactérias, existem tipos estáveis à temperatura que também são usados para PCR.
Significado biológico
As polimerases de DNA são de importância central para a replicação do DNA. Eles permitem a cópia fiel da informação genética na forma de DNA, portanto, um passo decisivo na reprodução e procriação dos organismos vivos. As enzimas também desempenham um papel importante nos processos associados ao reparo do DNA.
Significado biotecnológico
No laboratório, as DNA polimerases são frequentemente utilizadas para a reação em cadeia da polimerase e métodos relacionados (por exemplo, RT-PCR, qPCR), para a tradução de entalhes, iniciação aleatória e sequenciamento de DNA. Um grande número de diferentes tipos termoestáveis (por exemplo, Taq polimerase de Thermus aquaticus ) são usados, alguns dos quais são modificados por engenharia de proteínas. Além da estabilidade em altas temperaturas, as DNA polimerases termoestáveis de origem arcaica, como a Pfu polimerase, fornecem leitura de prova, uma vez que a PCR não deve levar a nenhuma alteração no DNA produzido. Além disso, DNA polimerases de deslocamento de fita, como DNA polimerase 29, são utilizadas em vários métodos de amplificação isotérmica de DNA à temperatura ambiente. O precursor das DNA polimerases usadas hoje foi a T4 DNA polimerase.
Você gostou desta postagem do blog? Você pode encontrar mais post sobre DNA, genética e sequenciamento aqui !
Você pode se interessar pelas seguintes postagens de blog relacionadas:
Antes de sair, confira nosso Sequenciamento do Genoma Completo!
