La ADN primasa es una enzima involucrada en la replicación del ADN y es un tipo de ARN polimerasa . La primasa cataliza la síntesis de un segmento corto de ARN (o ADN en algunos organismos [1] ) llamado cebador complementario a una plantilla de ADNss (ADN monocatenario). Después de este alargamiento, la pieza de ARN se elimina mediante una exonucleasa de 5 'a 3' y se rellena con ADN.
Dominio Toprim | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Toprim | |||||||
Pfam | PF01751 | |||||||
Clan pfam | Toprim-like | |||||||
InterPro | IPR006171 | |||||||
SCOP2 | 2fcj / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Núcleo catalítico de ADN primasa | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Toprim_N | |||||||
Pfam | PF08275 | |||||||
InterPro | IPR013264 | |||||||
SCOP2 | 1dd9 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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ADN primasa, subunidad pequeña | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | DNA_primase_S | |||||||
Pfam | PF01896 | |||||||
Clan pfam | AEP | |||||||
InterPro | IPR002755 | |||||||
SCOP2 | 1g71 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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ADN primasa, subunidad grande | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | DNA_primase_lrg | |||||||
Pfam | PF04104 | |||||||
Clan pfam | CL0242 | |||||||
InterPro | IPR007238 | |||||||
SCOP2 | 1zt2 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
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Función
En las bacterias , la primasa se une a la ADN helicasa formando un complejo llamado primosoma . La primasa es activada por la helicasa donde luego sintetiza un cebador de ARN corto de aproximadamente 11 ± 1 nucleótidos de largo, al que se pueden agregar nuevos nucleótidos por la ADN polimerasa. Las primasas arqueales y eucariotas son proteínas heterodiméricas con una gran subunidad reguladora y una pequeña catalítica. [2]
Los segmentos de ARN son sintetizados primero por primasa y luego alargados por ADN polimerasa. [3] Luego, la ADN polimerasa forma un complejo proteico con dos subunidades de primasa para formar el complejo alfa ADN polimerasa primasa. La primasa es una de las polimerasas más lentas y propensas a errores. [3] Las primas en organismos como E. coli sintetizan alrededor de 2000 a 3000 cebadores a razón de un cebador por segundo. [4] Primase también actúa como un mecanismo de detención para evitar que la hebra principal supere a la hebra rezagada al detener la progresión de la horquilla de replicación . [5] El paso que determina la velocidad en la primasa es cuando se forma el primer enlace fosfodiéster entre dos moléculas de ARN. [3]
Los mecanismos de replicación difieren entre diferentes bacterias y virus donde la primasa se une covalentemente a la helicasa en virus como el bacteriófago T7 . [5] En virus como el virus del herpes simple (HSV-1), la primasa puede formar complejos con la helicasa. [6] El complejo primasa-helicasa se usa para desenrollar el dsDNA (bicatenario) y sintetiza la hebra rezagada usando cebadores de ARN [6] La mayoría de los cebadores sintetizados por primasa tienen una longitud de dos a tres nucleótidos. [6]
Tipos
Hay dos tipos principales de primasa: DnaG que se encuentra en la mayoría de las bacterias y la superfamilia AEP (Archaeo-Eukaryote Primase) que se encuentra en las primasas arcaicas y eucariotas. Mientras que las primasas bacterianas ( tipo DnaG ) se componen de una sola unidad de proteína (un monómero) y sintetizan cebadores de ARN, las primasas AEP generalmente se componen de dos unidades de primasa diferentes (un heterodímero) y sintetizan cebadores de dos partes con componentes de ARN y ADN. . [7] Aunque funcionalmente similares, las dos superfamilias de primase evolucionaron independientemente una de la otra.
DnaG
La estructura cristalina de la primasa en E. coli con un núcleo que contiene la proteína DnaG se determinó en el año 2000. [4] El complejo DnaG y primasa tiene forma de anacardo y contiene tres subdominios. [4] El subdominio central forma un pliegue superior que está hecho de una mezcla de cinco hojas beta y seis hélices alfa . [4] [8] El pliegue toprim se utiliza para unir reguladores y metales. La primasa utiliza un dominio de fosfotransferencia para la coordinación de la transferencia de metales, lo que la distingue de otras polimerasas. [4] Las subunidades laterales contienen un terminal NH 2 y COOH formado por hélices alfa y láminas beta. [4] El NH 2 terminal interactúa con un dominio de unión de zinc y una región COOH-terminal que interactúa con DnaB-ID. [4]
El pliegue de Toprim también se encuentra en la topoisomerasa y la primasa / helicasa Twinkle mitocrónica . [8] Algunas primasas similares a DnaG (similares a bacterias; InterPro : IPR020607 ) se han encontrado en genomas de arqueas. [9]
AEP
Las primasas eucariotas y arqueales tienden a ser más similares entre sí, en términos de estructura y mecanismo, que a las primasas bacterianas. [10] [11] La superfamilia de archaea-eucariotas primasa (AEP), a la que pertenecen la mayoría de las subunidades catalíticas de eucariotas y arqueas primasas, ha sido redefinida recientemente como una familia de primasa-polimerasa en reconocimiento de las muchas otras funciones que desempeñan las enzimas de esta familia. . [12] Esta clasificación también enfatiza los orígenes amplios de las primasas AEP; ahora se reconoce que la superfamilia está en transición entre las funciones de ARN y ADN. [13]
Las primasas arqueales y eucariotas son proteínas heterodiméricas con una gran subunidad reguladora ( PRIM2 humana , p58) y una pequeña subunidad catalítica ( PRIM1 humana , p48 / p49). [2] La subunidad grande contiene un grupo 4Fe-4S N-terminal, dividido en algunas arqueas como PriX / PriCT. [14] La subunidad grande está implicada en la mejora de la actividad y la especificidad de la subunidad pequeña. Por ejemplo, la eliminación de la parte correspondiente a la subunidad grande en una proteína de fusión PolpTN2 da como resultado una enzima más lenta con actividad de transcriptasa inversa. [13]
Primases multifuncionales
La familia AEP de polimerasas de primasa tiene diversas características más allá de la fabricación de cebadores. Además de cebar el ADN durante la replicación, las enzimas AEP pueden tener funciones adicionales en el proceso de replicación del ADN, como polimerización de ADN o ARN, transferencia terminal , síntesis de translesión (TLS) , unión de extremos no homólogos (NHEJ) , [12] y posiblemente al reiniciar las bifurcaciones de replicación estancadas. [15] Las primasas suelen sintetizar cebadores a partir de ribonucleótidos (NTP); sin embargo, las primasas con capacidad de polimerasa también tienen afinidad por los desoxirribonucleótidos (dNTP). [16] [11] Las primasas con funcionalidad de transferasa terminal son capaces de agregar nucleótidos al extremo 3 'de una cadena de ADN independientemente de un molde. Otras enzimas involucradas en la replicación del ADN, como las helicasas, también pueden exhibir actividad primasa. [17]
En eucariotas y arqueas
Human PrimPol (ccdc111 [16] ) sirve tanto para funciones de primasa como de polimerasa, como muchas archaeal primasas; exhibe actividad de transferasa terminal en presencia de manganeso; y juega un papel importante en la síntesis de translesiones [18] y en el reinicio de las bifurcaciones de replicación estancadas. PrimPol se recluta activamente en sitios dañados a través de su interacción con RPA, una proteína adaptadora que facilita la replicación y reparación del ADN. [15] PrimPol tiene un dominio de dedo de zinc similar al de algunas primasas virales, que es esencial para la síntesis de translesiones y la actividad de la primasa y puede regular la longitud del cebador. [18] A diferencia de la mayoría de las primasas, PrimPol es excepcionalmente capaz de iniciar cadenas de ADN con dNTP. [dieciséis]
PriS, la subunidad pequeña de archaeal primasa, tiene un papel en la síntesis de translesión (TLS) y puede eludir las lesiones comunes del ADN. La mayoría de las arqueas carecen de las polimerasas especializadas que realizan TLS en eucariotas y bacterias. [19] PriS solo sintetiza preferentemente cadenas de ADN; pero en combinación con PriL, la subunidad grande, aumenta la actividad de la ARN polimerasa. [20]
En Sulfolobus solfataricus , el heterodímero de primasa PriSL puede actuar como primasa, polimerasa y transferasa terminal. Se cree que PriSL inicia la síntesis de cebadores con NTP y luego cambia a dNTP. La enzima puede polimerizar cadenas de ARN o ADN, con productos de ADN que alcanzan hasta 7000 nucleótidos (7 kb). Se sugiere que esta funcionalidad dual puede ser una característica común de las archaeal primases. [11]
En bacterias
Las primasas multifuncionales AEP también aparecen en bacterias y fagos que las infectan. Pueden mostrar organizaciones de dominio novedosas con dominios que aportan aún más funciones más allá de la polimerización. [14]
La LigD bacteriana ( A0R3R7 ) participa principalmente en la vía NHEJ. Tiene un dominio polimerasa / primasa de la superfamilia AEP, un dominio 3'-fosfoesterasa y un dominio ligasa. También es capaz de tener actividad de primasa, ADN y ARN polimerasa y transferasa terminal. La actividad de polimerización de ADN puede producir cadenas de más de 7000 nucleótidos (7 kb) de longitud, mientras que la polimerización de ARN produce cadenas de hasta 1 kb de longitud. [21]
En virus y plásmidos
Las enzimas AEP están muy extendidas y se pueden encontrar codificadas en elementos genéticos móviles que incluyen virus / fagos y plásmidos. Los utilizan como única proteína de replicación o en combinación con otras proteínas asociadas a la replicación, como las helicasas y, con menor frecuencia, las ADN polimerasas. [22] Mientras que se espera la presencia de AEP en los virus eucariotas y archaeal porque reflejan a sus huéspedes, [22] los virus bacterianos y los plásmidos también codifican con tanta frecuencia las enzimas de la superfamilia AEP como lo hacen las primasas de la familia DnaG. [14] Se ha descubierto una gran diversidad de familias de AEP en varios plásmidos bacterianos mediante estudios de genómica comparativa. [14] Actualmente se desconoce su historia evolutiva, ya que los que se encuentran en bacterias y baceriófagos parecen demasiado diferentes de sus homólogos arqueoeucarióticos para una reciente transferencia horizontal de genes . [22]
La helicasa similar a MCM en la cepa ATCC 14579 de Bacillus cereus (BcMCM; Q81EV1 ) es una helicasa SF6 fusionada con una primasa AEP. La enzima tiene funciones tanto de primasa como de polimerasa además de la función de helicasa. El gen que lo codifica se encuentra en un profago. [17] Tiene homología con ORF904 del plásmido pRN1 de Sulfolobus islandicus , que tiene un dominio AEP PrimPol. [23] El virus vaccinia D5 y HSV Primase también son ejemplos de fusión AEP-helicasa. [12] [6]
PolpTN2 es una primasa de Archaeal que se encuentra en el plásmido TN2. Una fusión de dominios homólogos a PriS y PriL, exhibe actividad tanto de primasa como de ADN polimerasa, así como función de transferasa terminal. A diferencia de la mayoría de las primasas, PolpTN2 forma cebadores compuestos exclusivamente por dNTP. [13] Inesperadamente, cuando el dominio similar a PriL se truncó, PolpTN2 también pudo sintetizar ADN en la plantilla de ARN, es decir, actuó como una ADN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa inversa). [13]
Incluso las primasas DnaG pueden tener funciones adicionales, si se les dan los dominios correctos. El fago gp4 de T7 es una fusión de DnaG primasa-helicasa y realiza ambas funciones en la replicación. [5]
Referencias
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enlaces externos
- Artículo general sobre la estructura y función de las primasas (1995)
- DNA + Primase en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Proteopedia: dominio de unión a helicasa de la primasa de Escherichia coli
- Proteopedia: complejo entre la helicasa DnaB y la primasa DnaG