DNA polimerasi

Passaggio 2 della replicazione del DNA: creazione di una nuova catena con DNA polimerasi. Fonte: Christinelmiller, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Cos'è il DNA polimerasi?

IL DNA polimerasi È un enzima che è responsabile della catalizzazione della polimerizzazione del nuovo filamento di DNA durante la replicazione di questa molecola. La sua funzione principale è abbinare. Partecipa anche alla riparazione del DNA.

Questo enzima consente la corrispondenza corretta tra le basi del DNA della catena dello stampo e quella nuova, seguendo lo schema di A è evidente con t e g con c.

Il processo di replicazione del DNA deve essere efficace e deve essere eseguito rapidamente, quindi il DNA polimerasi agisce aggiungendo circa 700 nucleotidi al secondo e fa solo un errore ogni 10⁹ o 10¹⁰ Nucleotidi incorporati.

Esistono diversi tipi di DNA polimerasi. Questi variano sia negli eucarioti che in procarioti, e ognuno ha un ruolo specifico nella replica e nella riparazione del DNA.

Ragazzi

Prokaryotes

Gli organismi procariotici (organismi senza un vero nucleo, delimitati da una membrana) hanno tre principali polimerasi DNA, comunemente abbreviate come pol I, II e III.

DNA polimerasi I partecipa alla replica e alla riparazione del DNA e ha attività di esonucleasi in entrambe le direzioni. Si ritiene che il ruolo di questo enzima nella replicazione sia secondario.

L'II partecipa alla riparazione del DNA e della sua attività di esonucleasi è nel senso 3'-5 '. L'III partecipa alla replica e alla revisione del DNA e, nonché all'enzima precedente, presenta l'attività di esonucleasi è in senso 3'-5 '.

Eucarotas

Gli eucarioti (gli organismi con un vero nucleo, delimitato da una membrana) hanno cinque DNA polimerasi, chiamati con lettere dell'alfabeto greco: α, β, γ, Δ e ε.

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La γ polimerasi si trova nei mitocondri ed è responsabile della replicazione del materiale genetico in questo organello cellulare. Al contrario, gli altri quattro sono nel nucleo delle cellule e sono coinvolti nella replicazione del DNA nucleare.

Le varianti α, Δ e ε sono le più attive nel processo di divisione cellulare, il che suggerisce che la loro funzione principale è associata alla produzione di copie del DNA.

Il DNA polimerasi β, nel frattempo, presenta picchi di attività nelle cellule che non vengono divise, quindi si presume che la sua funzione principale sia associata alla riparazione del DNA.

Diversi esperimenti sono riusciti a verificare l'ipotesi che si associano principalmente alle polimerasi α, Δ e ε con la replicazione del DNA. I tipi γ, Δ e ε presentano attività di esonucleasi 3'-5 '.

Archaeas

I nuovi metodi di sequenziamento sono riusciti a identificare un'enorme varietà di famiglie di DNA polimerasi. Negli archi, in particolare, è stata identificata una famiglia di enzimi, chiamata Family D, che sono unici per questo gruppo di organismi.

Funzioni

Replica del DNA

La replicazione del DNA richiede una serie di enzimi che catalizzano il processo. Tra queste molecole proteiche, la DNA polimerasi si distingue.

Tutte le polimerasi conosciute DNA condividono due proprietà essenziali associate al processo di replica.

• Innanzitutto, tutte le polimerasi sintetizzano il filamento di DNA in direzione 5'-3 ', aggiungendo il DNT al gruppo idrossile della catena di crescita.
• In secondo luogo, il DNA della polimerasi non può iniziare a sintetizzare una nuova catena di nulla. Hanno bisogno di un elemento aggiuntivo noto come primo o innesco, che è una molecola formata da alcuni nucleotidi concessi da un gruppo idrossile libero, dove la polimerasi può essere ancorata e iniziare la sua attività. Questa è una delle differenze fondamentali tra DNA e RNA polimerasi, poiché quest'ultimo è in grado di iniziare la sintesi di una catena di novo.

Riparazione del DNA

Il DNA è costantemente esposto a fattori, sia endogeni che esogeni, il che può danneggiarlo. Questi danni possono bloccare la replicazione e l'accumulo, in modo che influenzano l'espressione dei geni, generando problemi nei vari processi cellulari.

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Oltre alla sua funzione nel processo di replicazione del DNA, la polimerasi è anche un componente chiave dei meccanismi di riparazione del DNA. Possono anche agire come sensori nel ciclo cellulare che impediscono l'ingresso alla fase di divisione se il DNA è danneggiato.

Struttura

Attualmente, grazie agli studi sulla cristallografia, è stato possibile chiarire le strutture di varie polimerasi. Sulla base della loro sequenza primaria, le polimerasi sono raggruppate in famiglie: A, B, C, X e Y.

Alcuni aspetti sono comuni a tutte le polimerasi, in particolare quelle relative ai centri catalitici dell'enzima.

Questi includono due siti attivi chiave che hanno ioni metallici, con due residui di aspartato e un residuo variabile, sia aspartato o glutammato, che coordina i metalli. Esistono un'altra serie di rifiuti carichi che circondano il centro catalitico e sono conservati nelle diverse polimerasi.

In Prokaryotes, la DNA polimerasi I è un polipeptide di 103 kd, il II è un polipeptide di 88 kd e il III è costituito da dieci subunità.

Negli eucarioti, gli enzimi sono più grandi e più complessi: α è formato da cinque unità, β e γ per una subunità, Δ per due subunità e ε di 5 per 5.

Applicazioni

PRC

La reazione a catena della polimerasi (PRC) è un metodo utilizzato in tutti i laboratori di biologia molecolare, grazie alla sua utilità e semplicità. L'obiettivo di questo metodo è amplificare in modo massiccio una molecola di DNA di interesse.

Per raggiungere questo obiettivo, i biologi usano un DNA polimerasi che non è danneggiato dal calore (ad alta temperatura sono indispensabili per questo processo) per amplificare la molecola. Il risultato di questo processo è un numero elevato di molecole di DNA che possono essere utilizzate con scopi diversi.

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Uno dei profitti clinici più eccezionali della tecnica è il suo uso nella diagnosi medica. La RPC può essere utilizzata per verificare la presenza di batteri patogeni e virus nei pazienti, come nel caso del coronavirus.

Antibiotici e farmaci antitumorali

Un numero significativo di farmaci mira.

In alcuni di questi, il bianco è l'inibizione dell'attività della DNA polimerasi. Ad esempio, i farmaci chemioterapici citarabina, chiamato anche citosina arabinoside, disabilita la DNA polimerasi.

Riferimenti

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a.D., Lewis, J., Raff, m.,... e Walter, P. Biologia cellulare essenziale. Scienze della ghirlanda.
2. Cann, io. K., & Ishino, e. Replicazione del DNA arcaico: identificare i pezzi per risolvere un puzzle. Genetica.
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