Polimerase: características, estrutura e funções - Ciência - 2023

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Polimerase: características, estrutura e funções - Ciência
Polimerase: características, estrutura e funções - Ciência

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As polimerases são enzimas cuja função está relacionada aos processos de replicação e transcrição de ácidos nucléicos. Existem dois tipos principais dessas enzimas: DNA polimerase e RNA polimerase.

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

Da mesma forma, a RNA polimerase atua durante a transcrição do DNA, sintetizando a molécula de RNA. Como a DNA polimerase, ela é encontrada em eucariotos e procariotos e sua estrutura e complexidade variam dependendo do grupo.

Do ponto de vista evolutivo, é plausível pensar que as primeiras enzimas devam ter atividade de polimerase, uma vez que um dos requisitos intrínsecos para o 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 semiconservadora. A mensagem do DNA é então transcrita em uma molécula de RNA, chamada RNA mensageiro. Finalmente, o mensageiro é traduzido em proteínas pela maquinaria ribossomal.

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

É importante notar que existem exceções ao dogma central. Muitos genes não são traduzidos em proteínas e, em alguns casos, o fluxo de informações é do RNA para o DNA (como nos retrovírus).

Polimerase de DNA

Características

A DNA polimerase 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 nos propuséssemos a transcrever um documento de 100 páginas em nosso computador, certamente teríamos um erro (ou mais, dependendo da nossa concentração) para cada página.

A polimerase pode adicionar mais de 700 nucleotídeos a cada segundo e só é errada a cada 109 ou 1010 nucleotídeos incorporados, um número extraordinário.

A polimerase deve ter mecanismos que permitam que as informações do genoma sejam copiadas com exatidão. Portanto, existem diferentes polimerases que têm a capacidade de replicar e reparar o DNA.

Características e estrutura

A DNA polimerase é uma enzima que atua na direção 5'-3 'e atua adicionando nucleotídeos à extremidade terminal com o grupo -OH livre.

Uma das consequências imediatas dessa característica é que uma das cadeias pode ser sintetizada sem nenhum inconveniente, mas e a fita que precisa ser sintetizada na direção 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 DNA polimerases têm em comum dois sítios ativos que possuem íons metálicos. Neles encontramos aspartato e outros resíduos de aminoácidos que coordenam os metais.

Tipos

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

A pesquisa mais recente identificou cinco tipos de DNA em Escherichia coli, 8 no fermento Saccharomyces cerevisiae e mais de 15 em humanos. Na linhagem da planta, a enzima foi menos estudada. No entanto, no organismo modelo Arabidopsis thaliana Cerca de 12 enzimas foram descritas.

Formulários

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

Ou seja, ao final do procedimento teremos milhares de cópias do nosso DNA alvo.Os usos da PCR são muito variados. Pode ser aplicado à pesquisa científica, ao diagnóstico de algumas doenças ou mesmo na ecologia.

RNA polimerase

Características

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

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

Este não pode atuar sozinho, necessita de proteínas chamadas fatores de transcrição para poder realizar suas funções com sucesso.

Características e estrutura

RNA polimerases 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 a maquinaria central para a síntese de RNA ribossômico, mensageiro e de transferência, respectivamente. Em contraste, em procariotos todos os seus genes são processados ​​por um único tipo de polimerase.

Diferenças entre DNA e RNA polimerase

Embora ambas as enzimas usem recozimento de DNA, elas diferem de três maneiras principais. Em primeiro lugar, a DNA polimerase requer um primeiro para iniciar a replicação e conectar os nucleotídeos. UMA primeiro ou primer é uma molécula composta de alguns nucleotídeos, cuja sequência é complementar a um sítio específico no DNA.

O primer dá um –OH livre à polimerase para iniciar seu processo catalítico. Em contraste, as RNA polimerases podem iniciar seu trabalho sem a necessidade de um primeiro.

Em segundo lugar, a DNA polimerase possui múltiplas regiões de ligação na molécula de DNA. A RNA polimerase só pode se ligar a sequências promotoras de genes.

Por último, a DNA polimerase é uma enzima que faz seu trabalho com alta fidelidade. A RNA polimerase é suscetível a mais erros, introduzindo um nucleotídeo errado a cada 104 nucleotídeos.

Referências

  1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015).Biologia celular essencial. Garland Science.
  2. Cann, I. K., & Ishino, Y. (1999). Replicação de DNA de arquea: identificando as peças para resolver um quebra-cabeça.Genética, 152(4), 1249–67.
  3. Cooper, G. M., & Hausman, R. E. (2004).A célula: abordagem molecular. Medicinska naklada.
  4. Garcia-Diaz, M., & Bebenek, K. (2007). Funções múltiplas de DNA polimerases.Avaliações críticas em ciências vegetais, 26(2), 105–122.
  5. Lewin, B. (1975).Expressão genetica. UMI Books on Demand.
  6. Lodish, H., Berk, A., Darnell, J. E., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P.,… & Matsudaira, P. (2008).Biologia celular molecular. Macmillan.
  7. Pierce, B. A. (2009).Genética: uma abordagem conceitual. Panamerican Medical Ed.
  8. Shcherbakova, P. V., Bebenek, K., & Kunkel, T. A. (2003). Funções de DNA polimerases eucarióticas.SAGE KE da ciência, 2003(8), 3.
  9. Steitz, T. A. (1999). DNA polimerases: diversidade estrutural e mecanismos comuns.Journal of Biological Chemistry, 274(25), 17395–17398.
  10. Wu, S., Beard, W. A., Pedersen, L. G., & Wilson, S. H. (2013). A comparação estrutural da arquitetura da DNA polimerase sugere uma porta de entrada de nucleotídeos para o sítio ativo da polimerase.Avaliações químicas, 114(5), 2759–74.