ADN polimerasas y fidelidad de la replicación

Las enzimas que construyen nuevo ADN y los mecanismos en capas —selección de bases, corrección de pruebas y corrección de errores de emparejamiento— que mantienen los errores de copia extraordinariamente raros.

Definition

Las ADN polimerasas son las enzimas que catalizan la adición templada de desoxirribonucleótidos a una cadena en crecimiento; la fidelidad de la replicación se refiere a la precisión combinada de la selección de nucleótidos, la corrección de pruebas y la reparación de errores de emparejamiento que determina cuán raramente se incorpora permanentemente la base incorrecta.

Scope

Este tema cubre las propiedades catalíticas de las ADN polimerasas y las múltiples salvaguardias que producen una alta precisión de replicación. Aborda la geometría de selección de nucleótidos, la exonucleasa de corrección de pruebas 3'→5', la contribución de la reparación de errores de emparejamiento post-replicativa a la fidelidad general y la diversidad de familias de polimerasas (replicativas, de reparación y de translesión). No cubre el detalle estructural de las lesiones individuales, que pertenece a las vías de reparación.

Core questions

• ¿Cómo elige una polimerasa el nucleótido correcto para añadir en cada posición?
• ¿Qué es la corrección de pruebas y cuánto mejora la precisión?
• ¿Cómo añade la reparación de desajustes una capa adicional de fidelidad después de la síntesis?
• ¿Por qué las células tienen varias polimerasas diferentes con distintas funciones?

Key theories

Modelo de fidelidad en capas

La precisión general de la replicación es el producto de tres pasos: la selección geométrica de la base correcta, la corrección de pruebas exonucleolítica 3'→5' de las bases mal incorporadas y la reparación de desajustes post-replicativa, cada uno multiplicando la precisión del anterior.

División del trabajo de la polimerasa

Distintas familias de polimerasas realizan trabajos distintos —síntesis replicativa de alta fidelidad, relleno de huecos durante la reparación y síntesis de translesión de menor fidelidad más allá del daño— de modo que una enzima no necesita optimizar para demandas conflictivas.

Mechanisms

Una polimerasa replicativa posiciona un nucleótido entrante en su sitio activo, donde se requiere una geometría correcta de Watson-Crick para una catálisis eficiente, lo que proporciona una selectividad inicial. Cuando se añade ocasionalmente un nucleótido incorrecto, el extremo del cebador distorsionado se traslada a un sitio de exonucleasa 3'→5' separado que lo elimina antes de que se reanude la síntesis. Los errores que escapan a la corrección de pruebas dejan un desajuste transitorio que el sistema de reparación de desajustes detecta, escinde de la cadena recién formada y resintetiza, multiplicando la precisión neta.

Clinical relevance

Los defectos hereditarios en la corrección de pruebas o en la reparación de desajustes aumentan las tasas de mutación y predisponen a ciertos cánceres, y las polimerasas de alta fidelidad diseñadas son reactivos centrales en la secuenciación y amplificación del ADN. Presentado como significado, no como guía clínica o diagnóstica.

History

El aislamiento de la ADN polimerasa I por Arthur Kornberg en la década de 1950 abrió la enzimología de la replicación; el trabajo posterior distinguió las polimerasas replicativas de las de reparación y translesión y cuantificó las contribuciones de la corrección de pruebas y la reparación de desajustes a la muy baja tasa de error descrita en los textos modernos.

Key figures

• Arthur Kornberg
• Thomas Kunkel

Seminal works

• watson2013
• alberts2014

Frequently asked questions

¿Qué es la corrección de pruebas de la polimerasa?

Una actividad exonucleasa 3'→5' incorporada que elimina un nucleótido añadido incorrectamente inmediatamente después de su incorporación, antes de que continúe la síntesis.

¿Son todas las ADN polimerasas igualmente precisas?

No. Las polimerasas replicativas son muy precisas, mientras que las polimerasas de translesión especializadas sacrifican la precisión por la capacidad de copiar bases dañadas.