La ADN polimerasa II (también conocida como ADN Pol II o Pol II ) es una ADN polimerasa procariota dependiente de ADN codificada por el gen PolB. [1]
ADN polimerasa II | ||||||
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Identificadores | ||||||
Organismo | ||||||
Símbolo | polB | |||||
Entrez | 944779 | |||||
PDB | 3K5M | |||||
RefSeq (Prot) | NP_414602.1 | |||||
UniProt | P21189 | |||||
Otros datos | ||||||
Número CE | 2.7.7.7 | |||||
Cromosoma | genoma: 0,06 - 0,07 Mb | |||||
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La ADN polimerasa II es una proteína de 89,9 kDa y es miembro de la familia B de ADN polimerasas. Originalmente fue aislado por Thomas Kornberg en 1970 y caracterizado durante los próximos años. [2] [3] [4] La funcionalidad in vivo de Pol II está en debate, sin embargo, el consenso muestra que Pol II está involucrado principalmente como una enzima de respaldo en la replicación del ADN procariótico . La enzima tiene capacidad de síntesis de ADN 5 ′ → 3 ′ así como actividad de corrección de pruebas de exonucleasa 3 ′ → 5 ′ . DNA Pol II interactúa con múltiples socios de unión comunes con DNA Pol III para mejorar su fidelidad y procesividad . [1]
Descubrimiento
La ADN polimerasa I fue la primera ADN polimerasa dirigida por ADN que se aisló de E. coli . [5] Varios estudios que involucraron esta enzima aislada indicaron que el ADN pol I probablemente estaba involucrado en la reparación de la replicación y no era la principal polimerasa replicativa. [6] Para comprender mejor el papel in vivo del ADN pol I, De Lucia y Cairns generaron mutantes de E. coli deficientes en esta enzima (denominada Pol A1 - ) en 1969. [7] Como se caracteriza, esta nueva cepa mutante era más sensible a la luz ultravioleta , corroborando la hipótesis de que el ADN pol I estaba involucrado en la reparación de la replicación. El mutante creció al mismo ritmo que el tipo salvaje , lo que indica la presencia de otra enzima responsable de la replicación del ADN . El aislamiento y caracterización de esta nueva polimerasa involucrada en la replicación del ADN semiconservativo siguió, en estudios paralelos llevados a cabo por varios laboratorios. [2] [3] [4] La nueva polimerasa se denominó ADN polimerasa II y se creyó que era la principal enzima replicativa de E. coli durante un tiempo. [8] El ADN pol II fue cristalizado por primera vez por Anderson et al. en 1994. [9]
Estructura
El ADN Pol II es una proteína de 89,9 kD, compuesta por 783 aminoácidos, que está codificada por el gen polB (dinA). Una proteína globular, DNA Pol II funciona como un monómero, mientras que muchas otras polimerasas formarán complejos. Hay tres secciones principales de este monómero conocidas coloquialmente como la palma, los dedos y el pulgar. Esta "mano" se cierra alrededor de una hebra de ADN. La palma del complejo contiene tres residuos catalíticos que se coordinarán con dos iones metálicos divalentes para funcionar. El ADN Pol II tiene una gran cantidad de copias en la célula, alrededor de 30-50, mientras que el nivel de ADN Pol III en una célula es cinco veces menor.
Similitud con otras polimerasas del grupo B
La mayoría de las polimerasas se han agrupado en familias basándose en una estructura y función similares. El ADN Pol II se incluye en el Grupo B junto con el ADN Pol humano α, δ, ϵ y human. Todos estos son homólogos de RB69, 9 ° N-7 y Tgo. Los otros miembros del grupo B tienen al menos otra subunidad que hace que el ADN Pol II sea único. [10]
Función
Confirmado
Todas las polimerasas están involucradas con la replicación del ADN en alguna capacidad, sintetizando cadenas de ácidos nucleicos. La replicación del ADN es un aspecto vital de la proliferación celular. Sin replicar su ADN, una célula no puede dividirse y compartir su información genética con la progenie. En procariotas, como E. coli , el ADN Pol III es la principal polimerasa involucrada en la replicación del ADN. Si bien el ADN Pol II no es un factor importante en la replicación cromosómica, tiene otras funciones que cumplir.
DNA Pol II participa en la replicación del DNA. Si bien puede que no sea tan rápido como el ADN Pol III, tiene algunas habilidades que lo convierten en una enzima eficaz. Esta enzima tiene una actividad exonucleasa 3 '→ 5' asociada junto con actividad primasa . DNA Pol II es una enzima de alta fidelidad con una tasa de error de sustitución de ≤ 2 × 10 −6 y una tasa de error de desplazamiento de marco de -1 de ≤ 1 × 10 −6 . DNA Pol II puede corregir y procesar los desajustes causados por Pol III. Banach-Orlowska y col. mostró que el ADN Pol II está implicado en la replicación, pero depende de la hebra y replica preferentemente la hebra rezagada . Un mecanismo propuesto sugiere que cuando el ADN Pol III se detiene o deja de ser funcional, entonces el ADN Pol II puede ser reclutado específicamente en el punto de replicación y continuar con la replicación. [1]
Hay muchas formas diferentes de dañar el ADN, desde el daño de los rayos UV hasta la oxidación, por lo que es lógico que existan diferentes tipos de polimerasas para reparar estos daños. Un papel importante que tiene el ADN Pol II es la polimerasa principal para la reparación de enlaces cruzados entre cadenas. Los enlaces cruzados entre cadenas son causados por sustancias químicas como la mostaza nitrogenada y el psoraleno que crean lesiones citotóxicas. La reparación de estas lesiones es difícil porque ambas cadenas de ADN han sido dañadas por el agente químico y, por lo tanto, la información genética de ambas cadenas es incorrecta. El mecanismo exacto de cómo se fijan estos enlaces cruzados entre cadenas aún se está investigando, pero se sabe que Pol II está muy involucrado. [10]
Actividad
La DNA Pol II no es la polimerasa más estudiada, por lo que hay muchas funciones propuestas de esta enzima que son funciones probables pero que, en última instancia, no están confirmadas: [1]
- reparación de ADN dañado por irradiación UV
- reinicio de la replicación en E. coli irradiada con UV
- mutagénesis adaptativa
- supervivencia a largo plazo
Mecanismo
Durante la replicación del ADN, los pares de bases están sujetos a daños en la secuencia. Una secuencia de ADN dañada puede hacer que la replicación se detenga. [11] Para corregir un error en la secuencia, DNA Pol II cataliza la reparación de pares de bases de nucleótidos. Los estudios in vitro han demostrado que Pol II interactúa ocasionalmente con proteínas accesorias Pol III (β-clamp y complejo de carga de clamp) dando acceso a Pol II a la cadena naciente en crecimiento. [1] [12] [13] [14] Con respecto a la función del ADN Pol II durante la replicación del ADN, esto tiene sentido ya que cualquier error que produzca Pol III estará en la hebra en crecimiento y no en la hebra conservadora. El dominio N-terminal del ADN Pol II es responsable de la asociación y disociación de la cadena de ADN a la subunidad catalítica. Lo más probable es que haya dos sitios en el dominio N-terminal del ADN Pol II que reconocen el ADN monocatenario. Un sitio es responsable de reclutar ADN monocatenario para ADN Pol II y otro sitio es responsable de la disociación del ADN monocatenario del ADN Pol II. [15]
Tras la unión del sustrato, el ADN Pol II se une a los nucleósidos trifosfatos para mantener la estructura del ADN con enlaces de hidrógeno. A continuación, se une el dNTP correcto y el complejo enzimático sufre cambios conformacionales de subdominios y residuos de aminoácidos. Estos cambios conformacionales permiten que la velocidad de síntesis de reparación sea rápida. [16] El sitio activo contiene dos iones Mg 2+ que son estabilizados por los ácidos aspártico catalíticos D419 y D547. [17] Los iones de magnesio se unen al ADN junto con el dNTP en estado abierto y coordinan los cambios conformacionales de los residuos de aminoácidos del sitio activo para que tenga lugar la catálisis (estado cerrado). Una vez que se liberan los iones de magnesio, la enzima vuelve a su estado abierto. [18]
Distribución de especies
Procariota
La ADN polimerasa II es un miembro de la familia de la polimerasa B y apoya a la polimerasa III en la replicación del ADN que se mueve desde el extremo 3 'al extremo 5'. [19] En el caso de que la polimerasa III se detenga durante un error de replicación, la polimerasa II puede interrumpir y eliminar las bases no coincidentes. La polimerasa II tiene un factor de fidelidad mucho más alto que la polimerasa III, lo que significa que es mucho menos probable que cree emparejamientos incorrectos. Sin el paso de corrección de pruebas de la Polimerasa II, la Polimerasa III ampliaría los emparejamientos incorrectos y, por lo tanto, crearía una mutación. [1]
Además de proteger de las mutaciones que podrían ser causadas por la polimerasa III, la polimerasa II funciona para proteger contra las mutaciones causadas por la polimerasa IV. La polimerasa IV es mucho más propensa a errores que la polimerasa II, pero también funciona para reparar emparejamientos de bases no coincidentes a partir del extremo 3 '. La polimerasa II protege el extremo 3 ′ de la polimerasa IV y bloquea su acción. Esta protección evitará la formación de mutaciones mientras la polimerasa II funcione normalmente. Si la polimerasa II es eliminada por una mutación o desactivada por otros factores, la polimerasa IV tomará su lugar para arreglar las bases mal emparejadas. [1]
Eucariota
Si bien la polimerasa II no funcionará de forma natural junto con los miembros eucariotas de la familia B, sí comparte motivos estructurales y funcionales similares. Los miembros de la familia B incluyen la polimerasa α, ε, ζ y δ. Todas estas polimerasas funcionan para corregir el ADN recién sintetizado en la dirección 3 ′ → 5 ′. Estas polimerasas son capaces de sintetizar ADN tanto en la cadena principal como en la rezagada. Esta clase de polimerasa tiende a ser muy precisa, lo que les permite corregir cualquier emparejamiento incorrecto que se produzca durante la síntesis de ADN. [19]
Regulación
La ADN polimerasa II es naturalmente abundante en la célula, lo que suele ser cinco veces mayor que la cantidad de polimerasa III. Esta mayor abundancia permite que la polimerasa II domine a la polimerasa III en el caso de emparejamientos incorrectos. Esta cantidad puede aumentarse tras la inducción de la respuesta SOS, que regula al alza el gen polB, por lo que la cantidad de polimerasa II aumenta hasta aproximadamente siete veces mayor. Aunque la polimerasa II puede funcionar en ambas hebras, se ha demostrado que prefiere la hebra retrasada frente a la principal. [1]
Ver también
- Replicación de ADN
Referencias
- ↑ a b c d e f g h Banach-Orlowska M, Fijalkowska IJ, Schaaper RM, Jonczyk P (octubre de 2005). "ADN polimerasa II como factor de fidelidad en la síntesis de ADN cromosómico en Escherichia coli" . Microbiología molecular . 58 (1): 61–70. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2005.04805.x . PMID 16164549 .
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