ADN polimeraza

Structura 3D a helixului - ac de păr - motiv de legare a ADN-ului helix al ADN polimerazei umane β Date esentiale

Nr. CE	CE 2.7.7.7
numar CAS	9012-90-2

Activitate enzimatică

IUBMB	Intrare IUBMB
IntEnz	Vizualizare IntEnz
BRENDA	Intrarea BRENDA
KEGG	Intrare KEGG
MetaCyc	Calea metabolică
PRIAM	Profil
PDB	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
MERGE	AmiGO / EGO

O ADN polimerază este o enzimă complexă implicată în replicarea a ADN - ului în timpul ciclului celular, dar , de asemenea , în procesele de reparare și de recombinare a ADN - ului. ADN-polimerazele folosesc trifosfatul deoxiribonucleozid ca bază pentru sinteza unei catene de ADN, folosind ca șablon o altă catena de ADN. Acest proces replicativ folosește complementaritatea bazelor nucleice pentru a ghida sinteza noii fire din firul șablon. Există mai multe familii de polimeraze, care diferă în funcție de secvența lor înaminoacizii și proprietățile lor catalitice .

Mecanism

Lansare

Toate ADN-polimerazele sintetizează ADN în direcția 5 '→ 3' , în toate organismele vii, și niciunul nu este capabil să înceapă sinteza unei catene de novo . Ele pot adăuga nucleotide doar la un capăt hidroxil liber, în general sintetizând 3'-OH al catenei. Din acest motiv, ADN polimeraza are nevoie de un primer (sau primer ), pe care să adauge noi dezoxiribonucleotide.

Grundul poate fi ADN sau ARN . În cazul replicării , primerul alcătuit din ARN este sintetizat de o altă enzimă, numită primază , în cadrul complexului de replicare numit replisom . Aceasta conține, de asemenea, o enzimă, helicaza , care este necesară pentru a separa cele două catene de ADN și astfel permite accesul și replicarea ADN polimerazei. În cazul proceselor de reparare și recombinare , grundul constă dintr-un segment de ADN rezultat din clivajul printr-o endonuclează a catenei deteriorate sau recombinante, care eliberează un capăt 3'-OH liber.

Alungire și procesivitate

Diferitele ADN polimeraze diferă prin capacitatea lor de a prelungi ADN-ul fără a se disocia de catena șablon, o caracteristică numită procesivitate . Unele ADN polimeraze sunt slab asociate cu substratul lor și se rup după ce au polimerizat doar câteva nucleotide. Aceasta se numește ADN polimeraze distributive , care este o caracteristică a multor polimeraze implicate în procesele de reparare. ADN-polimerazele replicative, pe de altă parte, sunt foarte puternic legate de firul șablon și nu se disociază. Ele pot polimeriza câteva sute de mii de nucleotide simultan. Apoi vorbim de processive ADN polimeraze . O proteină cofactor , gripper (sau clemă ), numită PCNA în eucariote și arhee și complexul β în bacterii , se leagă de polimerazele replicative și le crește semnificativ procesivitatea.

Activitatea ADN polimerazelor necesită prezența ionilor Mg 2+ ca cofactori care se leagă în special de grupările fosfat ale nucleotidelor și ale ADN-ului .

Loialitate și corectură

Anumite ADN polimeraze, care au și o activitate de exonuclează 3 '→ 5' , au capacitatea de a corecta erorile de încorporare în catena nou formată. Când ADN polimeraza face o greșeală și se formează o nepotrivire la locul activ al enzimei, enzima se poate întoarce și hidroliza nucleotida incorectă: aceasta este activitatea de exonuclează 3'-5 ' , numită și funcția de editare . Apoi poate reintroduce baza de date corectă și poate relua replicarea. Acest proces de corectare a ADN polimerazei îmbunătățește fidelitatea procesului de replicare și reduce rata de eroare.

Dimpotrivă, anumite ADN polimeraze nu sunt foarte fidele și comit erori de încorporare a nucleotidelor cu o frecvență mai mare. Aceste ADN polimeraze sunt utilizate în mod special în procesele de reparare a ADN-ului. Specificitatea lor relaxată le permite să reproducă leziuni care conțin ADN, adică baze modificate prin modificări chimice, rezultate de exemplu din acțiunea radiației UV, a agenților ionizanti sau mutageni. Vorbim de ADN polimeraze translezionale .

Se vorbește, de asemenea, despre o funcție de corectură sau corectură („ corectură ” în limba engleză) ADN polimeraze.

ADN polimeraze în procariote

Cinci ADN polimeraze au fost identificate în procariote:

Pol I : implicat în repararea și replicarea ADN-ului. Are o activitate de polimerază de 5 '→ 3' , o activitate de exonuclează de 3 '→ 5' pentru corectură și, în cele din urmă, o activitate de exonuclează de 5 '- 3' care îi permite să îndepărteze primerii de ARN din fragmentele Okazaki pentru o perioadă de timp. . Activitatea sa polimerazică îi permite să sintetizeze ADN destinat să fie imediat suturat de o ADN ligază .

Pol I nu este foarte procesiv și se disociază de matrice după adăugarea a aproximativ douăzeci de nucleotide. În biologia moleculară , se folosește doar o parte a proteinei, numită fragment Klenow . Acest fragment conține activitate de polimerază 5 '→ 3' și activitate de exonuclează 3 '→ 5' .

Pol II : implicat în replicarea ADN-ului deteriorat, are activitate de polimerază 5 '→ 3' și activitate de exonuclează 3 '→ 5' .

Pol II nu este foarte procesiv.

Pol III : este polimeraza principală, care intervine în alungirea lanțului ADN în timpul replicării la nivelul catenei avansate și sinteza fragmentelor Okazaki . Este alcătuit din trei subunități care constituie holoenzima:
- subunitatea α ( alfa ) are activitate polimerazică 5 '→ 3' ,
- subunitatea ε ( epsilon ) are activitate de exonuclează 3 '→ 5' și
- subunitatea θ ( theta ) stimulează activitatea de „ corectură ” a celei anterioare.
Această holoenzimă formează nucleul unui replisom format din zece proteine în total :
- două holoenzime ale polimerazei III ,
- două unități β ( beta ) care acționează ca clemă ADN ,
- două unități τ ( tau ) pentru dimerizarea holoenzimei polimerazei III,
- o unitate γ ( gamma ) numită încărcător cu cleme în sine formată din trei subunități γ proprii, o subunitate δ ( delta ) și o subunitate δ '( primă delta ) și, în final,
- o unitate Χ ( Khi ) și o unitate Ψ ( Psi ) formând un complex 1: 1 care se leagă fie la unitatea τ, fie la unitatea γ.

În timpul replicării, complexul γ este plasat la deschiderea furcii de replicare în contact cu helicaza . Mută subunitățile β (denumite și cleme beta ) în jurul fiecărei șuvițe de ADN șablon ca niște pensete pentru a permite holoenzimelor legate de ea să alunece peste șuvița șablon. În plus, complexul γ este legat de cele două unități τ în sine legate de cele două subunități α ale holoenzimelor. Pol III este foarte procesiv.

Pol IV : ADN polimeraza din familia Y.

Pol V : ADN polimeraza din familia Y.

ADN polimeraze în eucariote

Pol α-primază ( alfa ): numită și ARN Pol, sintetizează primeri scurți de ARN la originea replicării pe catena avansată precum și primeri ARN pentru fragmentele Okazaki ale catenei întârziate. Această polimerază nu are o funcție de exonuclează 3 '→ 5' .

Pol β ( beta ): această polimerază este implicată în procesele de reparare a ADN-ului. Nu are o funcție de exonuclează. Corespunde bacteriei Pol II.

Pol γ ( gamma ): această familie A polimerază este implicată în replicarea ADN-ului mitocondrial .

Pol δ ( delta ): este principala polimerază implicată în replicarea ADN în eucariote, cu ADN Pol ε, în sinteza catenei avansate și a catenei întârziate. De asemenea, are o activitate de exonuclează de 3 'până la 5' implicată în procesele de corectare și reparare a erorilor. Polimeraza δ este foarte procesivă atunci când este combinată cu PCNA . Această polimerază corespunde bacteriei Pol III.

Pol ε ( epsilon ): are activitate de polimerază 5 '→ 3' și activitate de exonuclează 3 '→ 5' și este implicat în replicarea și repararea ADN-ului. Citește în direcția 3 '→ 5' și sintetizează 5 '→ 3' zona telomerului care nu poate fi sintetizată de Pol δ (un primer preliminar trebuie plasat de primază pe capătul alungit 3 'al telomerului ). O ligază face apoi sutura între cele două fire.

Pol ζ ( zeta ): polimerază din familia B.

Pol η ( eta ): polimeraza din familia Y.

Pol θ ( teta ): o familie polimerază. O publicație recentă indică faptul că, dacă nu produce o transcriptază excelentă, este capabilă să efectueze transcriptază inversă.

Pol ι ( iota ): polimeraza din familia Y.

Pol κ ( kappa ): polimerază din familia Y.

Rev1 : polimeraza din familia Y.

ADN polimeraze în arhee

Polimeraza B : toate polimerazele ADN de tip B identificate în arhee prezintă activitate de polimerază 5 '→ 3' și activitate de exonuclează 3 '→ 5' . Acestea sunt alcătuite dintr-o singură subunitate.

Polimeraza D : Aceste ADN polimeraze găsite în Euryarchaeota constau din două subunități diferite. Subunitatea DP2 mare posedă activitate catalitică, dar numai în prezența subunității DP1 mici.

Familiile ADN polimerazei

Pe baza secvenței de proteine și a omologiei structurale, polimerazele pot fi împărțite în diferite familii: A, B, C, D, X, Y și RT.

Familia A

Familia A polimeraze conține polimeraze replicative și polimeraze reparatoare. Polimerazele replicative ale acestei familii includ în special bacteriofagul T7 polimeraza și gama ADN polimeraza eucariotelor. Printre polimerazele de reparare a ADN-ului, ADN polimeraza I de la E. coli , Thermus aquaticus și Bacillus stearothermophilus pot fi găsite . Aceste polimeraze de reparație sunt implicate în procesele de bază de reparație excizională și în sinteza fragmentelor Okazaki ale firului întârziat în timpul replicării.

Familia B

Această familie grupează în esență ADN polimeraze replicative și include ADN polimeraze Pol α , Pol δ și Pol ε ale eucariotelor . O ADN polimerază de familie B a fost identificată în toate speciile archaea examinate. Familia B conține, de asemenea, ADN polimeraze de la bacterii și bacteriofagi , dintre care cele mai bine caracterizate provin din fagii T4 și RB69. Aceste enzime sunt implicate în sinteza catenei conducătoare și a catenei rămase în urmă.

Familia C

ADN-polimerazele acestei familii au fost izolate de bacterii. Au, de asemenea, activitate de exonuclează 5 '→ 3' .

Familia D

Familia ADN polimeraze D rămân slab caracterizate și s - au găsit doar între Euryarchaeota , o ramură ( filumul ) a regatului lui Archaea .

Familia X

Familia X cuprinde ADN polimeraza β bine caracterizată în eucariote și alte ADN polimeraze, cum ar fi Pol σ , Pol λ și Pol μ . P ADN - polimerazei este necesară pentru procesul de reparare a ADN numit BER ( baza de reparare prin excizie ). X Pol și receptorii p Pol implicate in procesul de repararea ADN - ului care implica pauze dublu Strand.

Familia Y

Polimerazele din familia Y se caracterizează prin capacitatea lor de a tolera deteriorarea ADN-ului în timpul replicării. Acestea se numesc polimeraze translésion (TLS translesion sythesis polymerases ). Nu au o funcție de exonuclează 3 '→ 5' . Fidelitatea lor în timpul sintezei ADN-ului este redusă, chiar și în absența ADN-ului deteriorat.

Familia RT

Familia de transcriptază inversă include ADN polimeraze din retrovirusuri și din eucariote . Aceste polimeraze sunt capabile să sintetizeze ADN dintr-un șablon de ARN .

Teta polimeraza ar putea fi capabilă să efectueze transcriptaza inversă.

Bibliografie

Garg, P. și PM Burgers. 2005. ADN polimeraze care propagă furca de replicare a ADN eucariot. Crit Rev Biochem Mol Biol 40: 115-28.
Hubscher, U., G. Maga și S. Spadari. 2002. ADN polimeraze eucariote. Annu Rev Biochem 71: 133-63.
Kelman, Z. 2000. Replicarea ADN-ului în al treilea domeniu (al vieții). Știința actuală a proteinelor și peptidelor 1: 139-154.
Johnson, A. și M. O'Donnell. 2005. ADN-urile celulare replică: componente și dinamică la furca de replicare. Annu Rev Biochem 74: 283-315.
Nohmi, T. 2006. Stresul de mediu și polimerazele ADN-ului de leziune. Annu Rev Microbiol.

Vezi și tu

Articole similare

Note și referințe

(ro) Gurushankar Chandramouly , Jiemin Zhao , Shane McDevitt și Timur Rusanov , „ Polθ transcrie invers ARN și promovează repararea ADN-ului cu ARN ” , Science Advances , vol. 7, n o 24,1 st iunie 2021, eabf1771 ( ISSN 2375-2548 , PMID 34117057 , DOI 10.1126 / sciadv.abf1771 , citit online , accesat 5 iulie 2021 )