ADN Polimerasas y Síntesis

Las ADN polimerasas son las enzimas que sintetizan nuevas hebras de ADN añadiendo nucleótidos a un molde cebado, y son fundamentales tanto para la copia del genoma como para su reparación. Su química dirigida por molde, su procesividad y su corrección de errores incorporada determinan conjuntamente la precisión con la que se transmite la información genética.

Definition

Una ADN polimerasa dependiente de ADN es una enzima que cataliza la adición dirigida por molde de desoxirribonucleótidos al extremo 3' de una hebra en crecimiento, copiando un molde de ADN en dirección 5' a 3'.

Scope

La entrada cubre el mecanismo catalítico de la adición de nucleótidos dirigida por molde, la polaridad 5' a 3' y el requisito de un cebador, la corrección de pruebas mediante la actividad exonucleasa 3' a 5', los factores de procesividad y la existencia de distintas familias de polimerasas especializadas en la replicación, la reparación y la síntesis de translesión. Es un tema de referencia mecanicista.

Key concepts

• Adición de nucleótidos dirigida por molde
• Requisito de un cebador y un molde
• Polaridad de síntesis 5' a 3'
• Corrección de pruebas (exonucleasa 3' a 5')
• Fidelidad de la replicación
• Procesividad y pinzas deslizantes
• Familias de polimerasas (replicativas, de reparación, de translesión)

Mechanisms

Las ADN polimerasas añaden desoxirribonucleósidos trifosfato uno a uno al grupo 3'-hidroxilo libre de una hebra cebadora, seleccionando cada nucleótido entrante por complementariedad de Watson-Crick con el molde, lo que confiere a la síntesis su dirección definida 5' a 3' y su dependencia tanto de un molde como de un cebador. Muchas polimerasas replicativas poseen una actividad exonucleasa 3' a 5' (corrección de pruebas) separada que escinde los nucleótidos mal incorporados, reduciendo significativamente la tasa de error; los desajustes restantes se corrigen mediante reparación de desajustes, y juntos estos mecanismos determinan la fidelidad global de la replicación. Factores de procesividad como las pinzas deslizantes mantienen la polimerasa unida para que pueda copiar tramos largos sin disociarse. Las células contienen múltiples familias de polimerasas con funciones distintas: enzimas de alta fidelidad para la replicación del genoma, polimerasas especializadas para rellenar huecos y reparar, y polimerasas de translesión de menor fidelidad que pueden copiar bases molde dañadas.

Clinical relevance

La fidelidad de la polimerasa y las vías de reparación que la respaldan son fundamentales para el mantenimiento de la integridad del genoma, y los defectos en estas actividades se asocian con la inestabilidad genómica. La entrada es biología de referencia y no una base para decisiones clínicas individuales.

History

El aislamiento por Arthur Kornberg de una enzima sintetizadora de ADN a finales de la década de 1950 estableció que la replicación del ADN es catalizada por enzimas y definió los requisitos catalíticos básicos. Trabajos posteriores distinguieron múltiples polimerasas eucariotas, caracterizaron la corrección de pruebas y la reparación de desajustes como determinantes de la fidelidad, y describieron polimerasas de translesión especializadas, ofreciendo la imagen moderna de una familia de enzimas con división del trabajo.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Thomas Kunkel
• Ulrich Hübscher
• Wei Yang

Seminal works

• kornberg-1969
• hubscher-2002
• kunkel-erie-2005

Frequently asked questions

¿Por qué una ADN polimerasa necesita un cebador?

Las ADN polimerasas solo pueden extender una hebra existente añadiendo nucleótidos a un grupo 3'-hidroxilo libre; no pueden iniciar una nueva hebra desde cero, por lo que un cebador corto (generalmente ARN, sintetizado por la primasa) proporciona el extremo 3' inicial.

¿Cómo mantienen las polimerasas la precisión de la replicación?

Seleccionan nucleótidos mediante el apareamiento de bases con el molde y muchas pueden realizar corrección de pruebas, utilizando una exonucleasa 3' a 5' para eliminar un nucleótido incorrecto antes de continuar; la reparación de desajustes corrige entonces los errores que escapan a la corrección de pruebas.