Polimerase: características, estrutura e funções

As polimerases são enzimas cuja função está relacionada com os processos de replicação e transcrição de ácidos nucleicos. Existem dois tipos fundamentais dessas enzimas: DNA polimerase e RNA polimerase.

A polimerase de DNA é responsável por sintetizar a nova cadeia de DNA durante o processo de replicação, adicionando novos nucleotídeos. São enzimas grandes e complexas e diferem em sua estrutura, dependendo se está em um organismo eucariótico ou em um organismo procariótico.

Polimerase: características, estrutura e funções 1

Polimerase Taq: a enzima usada na PCR.
Fonte: Lijealso [Domínio público]

Da mesma forma, a RNA polimerase atua durante a transcrição do DNA, sintetizando a molécula de RNA. Como a DNA polimerase, é encontrada tanto nos eucariotos quanto nos procariontes, e sua estrutura e complexidade variam de acordo com o grupo.

Do ponto de vista evolutivo, é plausível pensar que as primeiras enzimas deveriam ter atividade da polimerase, uma vez que um dos requisitos intrínsecos ao desenvolvimento da vida é a capacidade de replicação do genoma.

O dogma central da biologia molecular

O chamado “dogma” da biologia molecular descreve a formação de proteínas a partir de genes criptografados no DNA em três etapas: replicação, transcrição e tradução.

O processo começa com a replicação da molécula de DNA, onde duas cópias dela são geradas de forma semi-conservadora. Em seguida, a mensagem de DNA é transcrita para uma molécula de RNA, chamada RNA mensageiro. Finalmente, o mensageiro é traduzido em proteínas por máquinas ribossômicas.

Neste artigo, exploraremos duas enzimas cruciais envolvidas nos dois primeiros processos mencionados.

Vale a pena notar que há exceções ao dogma central. Muitos genes não são traduzidos em proteínas e, em alguns casos, o fluxo de informação é do RNA para o DNA (como nos retrovírus).

Polimerase de DNA

Funções

A polimerase de DNA é a enzima responsável pela replicação exata do genoma. O trabalho da enzima deve ser eficiente o suficiente para garantir a manutenção da informação genética e sua transmissão para as próximas gerações.

Se considerarmos o tamanho do genoma, é uma tarefa bastante desafiadora. Por exemplo, se considerarmos a tarefa de transcrever um documento de 100 páginas em nosso computador, certamente teremos um erro (ou mais, dependendo da nossa concentração) para cada página.

A polimerase pode adicionar mais de 700 nucleotídeos a cada segundo, e apenas 10 9 ou 10 10 nucleotídeos incorporados estão errados , um número extraordinário.

A polimerase deve ter mecanismos que permitam a cópia exata das informações do genoma. Portanto, existem diferentes polimerases que têm a capacidade de replicar e reparar o DNA.

Características e estrutura

A polimerase de DNA em uma enzima que trabalha na direção 5′-3 ‘e trabalha adicionando nucleotídeos na extremidade terminal com o grupo -OH livre.

Uma das conseqüências imediatas dessa característica é que uma das cordas pode ser sintetizada sem nenhum inconveniente, mas e o encadeamento que precisa ser sintetizado no sentido 3′-5 ‘?

Essa cadeia é sintetizada no que é conhecido como fragmentos de Okazaki. Assim, pequenos segmentos são sintetizados na direção normal, 5′-3 ‘, que são subsequentemente unidos por uma enzima chamada ligase.

Estruturalmente, as polimerases de DNA têm em comum dois locais ativos que possuem íons metálicos. Neles encontramos aspartato e outros resíduos de aminoácidos que coordenam os metais.

Tipos

Tradicionalmente, três tipos de polimerases são identificados em procariontes chamados números romanos: I, II e III. Nos eucariotos, são reconhecidas cinco enzimas nomeadas com letras do alfabeto grego, a saber: α, β, γ, δ e ε.

Pesquisas mais recentes identificaram cinco tipos de DNA em Escherichia coli, 8 em Saccharomyces cerevisiae e mais de 15 em humanos. Na linhagem da planta, a enzima tem sido menos estudada. No entanto, cerca de 12 enzimas foram descritas no organismo modelo Arabidopsis thaliana .

Aplicações

Uma das técnicas mais utilizadas em laboratórios de biologia molecular é a reação em cadeia da PCR ou da polimerase. Este procedimento aproveita a capacidade de polimerização da DNA polimerase para amplificar, em várias ordens de magnitude, uma molécula de DNA que desejamos estudar.

Em outras palavras, ao final do procedimento, teremos milhares de cópias do nosso DNA branco.Os usos da PCR são muito variados. Pode ser aplicado a pesquisas científicas, ao diagnóstico de algumas doenças ou mesmo em ecologia.

RNA polimerase

Funções

A RNA polimerase é responsável por gerar uma molécula de RNA a partir de um modelo de DNA. A transcrição resultante é uma cópia que complementa o segmento de DNA usado como modelo.

O RNA mensageiro é responsável por transportar as informações para o ribossomo, para gerar uma proteína. Eles também participam da síntese dos outros tipos de RNA.

Ele não pode agir sozinho, precisa de proteínas chamadas fatores de transcrição para poder desempenhar suas funções com sucesso.

Características e estrutura

As polimerases de RNA são grandes complexos enzimáticos. Eles são mais complexos na linhagem eucariótica do que na procariótica.

Nos eucariotos, existem três tipos de polimerases: Pol I, II e III, que são o mecanismo central para a síntese de RNA ribossômico, mensageiro e de transferência, respectivamente. Em contraste, nos procariontes todos os seus genes são processados ​​por um único tipo de polimerase.

Diferenças entre DNA e RNA polimerase

Embora ambas as enzimas usem o temperamento do DNA, elas diferem em três aspectos principais. Primeiro, a DNA polimerase requer um iniciador para iniciar a replicação e conectar nucleotídeos. Um primeiro ou iniciador é uma molécula formada por alguns nucleotídeos, cuja sequência é complementar a um local específico no DNA.

O primer concede um -OH livre à polimerase para iniciar seu processo catalítico. Por outro lado, as RNA polimerases podem iniciar seu trabalho sem a necessidade de um primer .

Segundo, a DNA polimerase possui várias regiões de ligação à molécula de DNA. A RNA polimerase pode se ligar apenas a sequências promotoras de genes.

Finalmente, a DNA polimerase é uma enzima que realiza seu trabalho com alta fidelidade. A RNA polimerase é suscetível a mais erros, introduzindo um nucleotídeo errado a cada 10 4 nucleotídeos.

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