DNA Polimerases e Síntese

As DNA polimerases são as enzimas que sintetizam novas fitas de DNA adicionando nucleotídeos a um molde escorvado, e são centrais tanto para a cópia do genoma quanto para o seu reparo. A sua química direcionada por molde, processividade e correção de erros incorporada determinam em conjunto a precisão com que a informação genética é transmitida.

Definition

Uma DNA polimerase dependente de DNA é uma enzima que catalisa a adição de desoxirribonucleotídeos direcionada por molde à extremidade 3' de uma fita em crescimento, copiando um molde de DNA na direção 5'-para-3'.

Scope

O verbete aborda o mecanismo catalítico da adição de nucleotídeos direcionada por molde, a polaridade 5'-para-3' e a necessidade de um iniciador (primer), a revisão (proofreading) por atividade exonuclease 3'-para-5', os fatores de processividade e a existência de distintas famílias de polimerases especializadas em replicação, reparo e síntese translesão. É um tópico de referência mecanicista.

Key concepts

• Adição de nucleotídeos direcionada por molde
• Necessidade de um iniciador (primer) e um molde
• Polaridade de síntese 5' para 3'
• Revisão (proofreading) (exonuclease 3' para 5')
• Fidelidade da replicação
• Processividade e pinças deslizantes (sliding clamps)
• Famílias de polimerases (replicativas, de reparo, translesão)

Mechanisms

As DNA polimerases adicionam desoxirribonucleosídeos trifosfatos um de cada vez ao grupo 3'-hidroxila livre de uma fita iniciadora (primer), selecionando cada nucleotídeo de entrada pela complementaridade de Watson-Crick ao molde, o que confere à síntese sua direção definida de 5'-para-3' e sua dependência tanto de um molde quanto de um iniciador. Muitas polimerases replicativas possuem uma atividade exonuclease 3'-para-5' (revisão) separada que excisa nucleotídeos mal incorporados, diminuindo significativamente a taxa de erro; os pareamentos incorretos restantes são corrigidos por reparo de pareamento incorreto (mismatch repair), e juntos esses mecanismos determinam a fidelidade geral da replicação. Fatores de processividade, como as pinças deslizantes (sliding clamps), mantêm a polimerase ligada para que possa copiar longas extensões sem se dissociar. As células contêm múltiplas famílias de polimerases com funções distintas: enzimas de alta fidelidade para a replicação do genoma, polimerases especializadas para preenchimento de lacunas e reparo, e polimerases translesão de menor fidelidade que podem copiar bases de molde danificadas.

Clinical relevance

A fidelidade da polimerase e as vias de reparo que a apoiam são centrais para a manutenção da integridade do genoma, e defeitos nessas atividades estão ligados à instabilidade genômica. O verbete é de biologia de referência e não constitui base para decisões clínicas individuais.

History

O isolamento de uma enzima sintetizadora de DNA por Arthur Kornberg no final da década de 1950 estabeleceu que a replicação do DNA é catalisada por enzimas e definiu os requisitos catalíticos básicos. Trabalhos posteriores distinguiram múltiplas polimerases eucarióticas, caracterizaram a revisão (proofreading) e o reparo de pareamento incorreto (mismatch repair) como determinantes da fidelidade, e descreveram polimerases translesão especializadas, fornecendo a imagem moderna de uma família de enzimas com divisão de trabalho.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Por que uma DNA polimerase precisa de um iniciador (primer)?

As DNA polimerases só podem estender uma fita existente adicionando nucleotídeos a um grupo 3'-hidroxila livre; elas não podem iniciar uma nova fita do zero, então um iniciador curto (geralmente RNA, feito pela primase) fornece a extremidade 3' inicial.

Como as polimerases mantêm a replicação precisa?

Elas selecionam nucleotídeos por pareamento de bases com o molde e muitas podem fazer revisão (proofreading), usando uma exonuclease 3'-para-5' para remover um nucleotídeo errado antes de continuar; o reparo de pareamento incorreto (mismatch repair) então corrige erros que escapam à revisão.