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Polimerase de DNA

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição

A polimerase de DNA é um grupo enzimático importante envolvido na síntese, reparo e replicação do DNA; Essas enzimas são encontradas em todos os organismos vivos. Originalmente descobertos durante a pesquisa sobre bactérias de Escherichia coli, agora conhecemos várias variedades com estruturas semelhantes, mas funções diferentes. Essas variedades são agrupadas nas famílias de acordo com a função e também são usadas no campo da engenharia genética.

Função de DNA polimerase

A polimerase de DNA tem papéis variados nos mecanismos de síntese, reparo e replicação de DNA. A polimerase de DNA é categorizada em sete famílias diferentes em eucariotos, vírus, leveduras e bactérias. Essas sete famílias são A, B, C, D, X, Y e Transcriptase reversa (RT). Pesquisas futuras podem descobrir outros grupos.

Cada uma dessas famílias contém um subconjunto de polimerases de DNA que têm sua própria gama de funções. Por exemplo, a DNA polimerase I é membro da família A; DNA polimerase IV ou DINB é um membro da família X. Você não precisará memorizar todos os nomes, mas a função básica por grupo também o ajudará a entender melhor a síntese de proteínas, a mutação genética e a modificação de genes.

A estrutura da polimerase de DNA é comparada à mão direita com palma, dedos e polegar. Você pode imaginar um fio de DNA se movendo através de uma molécula de DNA polimerase como a fita através de uma máquina de escrever. Simplificando, os dedos ajudam a posicionar cuidadosamente a fita de DNA não zombada, reconhecendo os nucleotídeos, a palma é o local ativo onde ocorre a fosforilação (adicionando a espinha dorsal do fosfato), e o polegar liga o DNA em uma forma de hélice dupla à medida que sai A molécula de DNA polimerase. Mas nem todas as famílias de polimerase de DNA têm os mesmos componentes estruturais. Vejamos as diferentes famílias com um pouco mais de detalhes.

Família da Polimerase a

A família A é um grupo de replicação de DNA ou enzimas de reparo de DNA. Na replicação do DNA, eles correspondem a uma base de nucleotídeos com o parceiro certo. Isso é necessário sempre que uma célula se prepara para se dividir, e o cromossomo de fita simples é duplicado para que ambas as células, mãe e filha, tenham um conjunto completo de DNA.

Se uma cópia do DNA for feita, as moléculas de DNA polimerase passam pela fita de modelo descompactado e copiam -a com nucleotídeos opostos. Isso produz uma cópia exata da fita de codificação do DNA. Diferentes enzimas da família A ajudam para o reparo do DNA-elas verificam os fios recém-produzidos quanto a bases com defeito e as substituem se forem encontradas falhas.

Exemplos de polimerases de DNA da família A são poli, pol γ (gama) e pol θ (teta). Freqüentemente chamado de família Pol I (Pol é abreviado para a polimerase), cada subtipo tem uma ação específica.

Você sempre pode dizer se uma polimerase de DNA é encontrada em células procarióticas ou eucarióticas olhando seus nomes. Quando uma polimerase é alocada algarismos romanos (Pol III, Pol I e assim por diante), essa enzima é encontrada em organismos de procariote (célula única). Nos eucariotos, os subtipos são nomeados de acordo com o alfabeto grego (Pol Delta, Pol Theta, e assim por diante). As famílias podem conter polimerases de DNA para organismos únicos e/ou multicelulares.

Pol γ é a única polimerase de DNA que pode replicar o DNA mitocondrial (e apenas a família X polimerases de DNA realizam reparos de mtDNA).

Pol Theta (DNA polimerase teta) repara quebras de fita dupla dentro do DNA, juntando as extremidades quebradas. Danos ao gene que codifica a produção de Pol Theta (θ) significa que as quebras começam a se acumular sem ser reparado; No entanto, a união final mediada por Theta (TMEJ) aumenta o risco de mutação quando comparada a alguns outros mecanismos de reparo do DNA. Por esse motivo, os genes de pol θ defeituosos têm sido associados a muitas formas de câncer.

Devido a tais estudos sobre doenças e DNA, a família A DNA polimerases nos ajudou a entender e tratar várias formas de câncer. Outro exemplo da família A é o Pol Nu, que ajuda a soltar links cruzados interstrandos (ICL). O que é uma retração entre retração? Você já ouviu falar de gás mostarda, usado na Segunda Guerra Mundial? Respirar esse gás em grandes quantidades pode matar, mas milhares de soldados sobreviveram à exposição. Com o passar do tempo, os médicos descobriram que esses homens corajosos eram mais propensos a morrer de câncer de sistema respiratório do que as pessoas que nunca haviam sido expostas a gás mostarda. O gás entrou nos pulmões e reagiu diretamente com o DNA das células pulmonares, amarrando uma fita nucleotídica a nucleotídeos opostos que não eram seus parceiros (links diagonais ou cruzados). Esses vínculos extras dificultaram o DNA descompactado antes da replicação e, quando ocorreu a replicação, foram cometidos erros na copiando o código. Esses erros se multiplicaram com o tempo, causando muitas falhas de DNA que foram copiadas e causaram mutações genéticas. Essas mutações levaram à produção de células defeituosas ou câncer. No caso de gás mostarda, isso era câncer de pulmão.

O POL NU (Polν) é produzido especificamente para tentar resolver esses reticulações interstrandes altamente danificadas. Não é feito em grandes quantidades e parece ser mais uma enzima de backup, mas pode haver mais do que isso. Embora apenas descobertos em 2003, polimerases de DNA menos conhecidas como Pol Nu estão recebendo muita atenção. Uma das razões é que cerca de 50% das células de câncer de mama mostram áreas excluídas na localização citogênica (posição) 4P16.2 – que é o cromossomo 4, braço curto (P), região 16, banda 2). Na imagem abaixo, é a posição mais distante à esquerda. Também é importante observar que é exatamente aqui que está localizado o gene da síntese de Pol Nu.

Função da Família B da Polimerase

As enzimas familiares da DNA polimerase B são importantes durante o processo de divisão celular. Eles verificam o DNA recém-replicado e sintetizado. A família inclui polimerases de procariote e eucarioto.

Pol alfa (uma letra grega, então uma polimerase eucariote) inicia o processo de replicação do DNA e comunica áreas de danos a outras polimerases de DNA da B-Família, como Pol Delta e Pol Epsilon. Como essas falhas são imediatamente corrigidas, elas têm muito mais probabilidade de serem bem -sucedidas e o risco de reparo de incompatibilidade (combinar o nucleotídeo errado a uma fita danificado de DNA) é baixa.

Um exemplo de reparo de incompatibilidade é a substituição de um par de guanina e timina anteriormente ligado para produzir um par de guanina e citosina no DNA, onde a timina é substituída incorretamente pela citosina. As polimerases de DNA bacteriano e eucarioto são centrais para o reconhecimento de danos e os mecanismos de reparo de danos.

Função da família C da polimerase C

Embora as funções da DNA polimerase C sejam encontradas apenas em bactérias, nunca devemos esquecer que as bactérias superam as células humanas em dez a uma e dentro do corpo médio. A maioria deles é essencial para nossa saúde, ajudando o sistema digestivo e produzindo produtos químicos que melhoram o sistema e a função de órgãos. Com menos frequência, as bactérias patogênicas colonizam para produzir sintomas de doença e doença. A Família C – geralmente chamada de POLC – é o grupo polimerase de replicação de DNA bacteriano mais importante. A família C não é uma polimerase de reparo.

Com bactérias resistentes a drogas em ascensão, novos agentes antibacterianos estão se tornando cada vez mais necessários. Novas áreas de pesquisa incluem o desenvolvimento de antibióticos que visam diretamente o POLC. Esse novo medicamento potencial de amplo espectro pode impedir a replicação em todos os tipos de bactérias, saudáveis e patogênicas, mas ainda mais importante, esses medicamentos-que ainda estão nos estágios iniciais do desenvolvimento-evitam os mecanismos que levam à resistência a antibióticos bacterianos.

Função da Família D da Polimerase

Euryarchaeota descreve um grupo de bactérias gram-positivas e gram-negativas que costumam preferir ambientes extremos (extremófilos). No entanto, essas bactérias vivem e multiplicam em todos os tipos de ambientes, de siltes marinhos profundos aos nossos sistemas digestivos. Eles usam polimerases de DNA da família D (Pold) para replicação do DNA. As taxas de mutação neste grupo são muito altas quando comparadas às das polimerases de DNA polb. E, diferentemente de outras polimerases, a família D não possui uma estrutura semelhante à mão, provavelmente porque essas células estão, evolutivamente falando-os tipos de células muito precoces.

Família da Polimerase X função

A família X de polimerase de DNA é limitada a células eucarióticas e desempenha funções replicativas e de reparo. Alguns trabalham para reparar o DNA mitocondrial, onde altos ambientes oxidativos incentivam os danos ao DNA. Outros reparam um a (aproximadamente) dez nucleotídeos consecutivos no DNA do núcleo celular. O método de reparo (reparo de excisão de base) na mitocôndria e no núcleo é semelhante. O reparo de excisão base (BER) é um processo que usa vários tipos de enzimas, incluindo DNA glicosilase e endonucleases. É a polimerase de DNA da família X (Pol Beta e Pol Lambda) que forma o local ativo para esse reparo e insere o nucleotídeo correto. Se o gene das polimerases de DNA da família X for danificado, os processos de BER serão afetados negativamente e isso está associado a certos tipos de câncer. Algumas novas terapias direcionadas desenvolvidas para esses cânceres inibem os mecanismos de reparo de excisão de base defeituosos.

Família da Polimerase Y Função

A família DNA polimerase Y é uma enzima replicativa e de reparo encontrada em células eucarióticas e procarióticas. Todas essas polimerases são muito propensas a erros em relação ao seu papel na replicação e reparo imediato ou desvio de sequências de DNA com defeito. No entanto, ao mesmo tempo, níveis muito baixos dessa família de polimerases podem aumentar a suscetibilidade a tumores malignos. É por isso que a família Y às vezes é comparada a uma faca de dois gumes.

O grupo da família Y é ativado quando outras polimerases de DNA são incapazes de causar efeito. É para ser um mecanismo de backup; Isso pode explicar por que as mutações após esse tipo de reparo são mais comuns.

Função de transcriptase reversa

Vírus, retrovírus e células eucariote contêm enzimas de transcriptase reversa dependentes de RNA. Essas enzimas – parte do grupo DNA polimerase – são o que torna os vírus perigosos. Como um vírus contém apenas RNA, ele deve enganar um microrganismo ou célula a reproduzi -lo. Se nossas células copiassem apenas o RNA, elas poderiam produzir uma ou duas proteínas incomuns em um ribossomo, mas elas não ajudariam o vírus a se multiplicar. Em vez disso, o RNA viral deve de alguma forma fazer parte do modelo de DNA para que a célula sofra alterações permanentes. Faz isso usando enzimas reversas de transcriptase.

Essas enzimas produzem DNA de fita dupla a partir de um modelo de RNA de fita simples em um processo conhecido como transcrição reversa. Mutações são comuns. A imagem abaixo mostra como o vírus da imunodeficiência humana se replica em um linfócito T. A transcrição reversa inicia o crescimento do vírus, enganando a célula a produzir componentes que se reúnem para formar mais vírus a partir do DNA editado.

A maioria dos processos de transcrição reversa é o resultado de infecções virais prejudiciais, onde o RNA viral de fita simples é copiada para formar uma fita de DNA dupla que continuará a produzir proteínas virais. Isso é feito pela transcriptase reversa (reversa porque o método usual é usar o DNA de fita dupla para produzir uma única fita de RNA).

O teste durante o Covid-19 (SARS-CoV-2) em 2020-como em todos os testes de infecção viral-requer extração de RNA viral. Os laboratórios usam um processo chamado reação em cadeia da polimerase transcriptase reversa (RT-PCR). O RT-PCR não é tão complicado de entender como pode parecer. Este teste produz DNA complementar (cDNA) ou DNA copiado de pequenas quantidades de RNA viral. Como esse procedimento produz apenas quantidades muito pequenas de cDNA, os resultados devem ser amplificados, replicando -o. Uma vez produzido em quantidades suficientes, o genoma viral pode ser detectado.

Bibliografia

Aparecer esconder

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