Polimerasa: características, estructura y funciones
Las polimerasas son enzimas cuya función está relacionada con los procesos de replicación y transcripción de los ácidos nucleicos. Existen dos tipos fundamentales de estas enzimas: la ADN polimerasa y la ARN polimerasa.
La ADN polimerasa es la encargada sintetizar la nueva cadena de ADN durante el proceso de replicación, adicionando nuevos nucleótidos. Son enzimas grandes, complejas, y difieren en su estructura dependiendo si se encuentra en un organismo eucariota o en uno procariota.
Del mismo modo, la ARN polimerasa actúa durante la transcripción del ADN, sintetizando la molécula de ARN. Al igual que la ADN polimerasa, se encuentra tanto en eucariotas como procariotas y su estructura y complejidad varía dependiendo del grupo.
Desde una perspectiva evolutiva, es plausible pensar que las primeras enzimas debieron tener actividad polimerasa, ya que una de los requisitos intrínsecos para el desarrollo de la vida es la capacidad de replicación del genoma.
Índice del artículo
- 1 El dogma central de la biología molecular
- 2 ADN polimerasa
- 3 ARN polimerasa
- 4 Diferencias entre ADN y ARN polimerasa
- 5 Referencias
El mal llamado “dogma” de la biología molecular describe la formación de las proteínas a partir de los genes encriptados en el ADN en tres pasos: replicación, transcripción y traducción.
El proceso inicia con la replicación de la molécula de ADN, donde se generan dos copias de esta de manera semi-conservativa. Seguidamente, el mensaje del ADN se transcribe a una molécula de ARN, denominada ARN mensajero. Por último, el mensajero es traducido a proteínas por la maquinaria ribosomal.
En este artículo exploraremos dos enzimas cruciales implicadas en los dos primeros procesos mencionados.
Vale destacar que existen excepciones al dogma central. Muchos genes no se traducen a proteínas, y en algunos casos el flujo de información es desde el ARN al ADN (como en los retrovirus).
La ADN polimerasa es la enzima encargada de la replicación exacta del genoma. El trabajo de la enzima debe ser suficientemente eficiente como para asegurar el mantenimiento de la información genética y su transmisión a las próximas generaciones.
Si consideramos el tamaño del genoma, es una tarea bastante desafiante. Por ejemplo, si nos planteáramos la tarea de transcribir un documento de 100 páginas en nuestro ordenador, seguramente tendremos un error (o más, dependiendo de la nuestra concentración) por cada página.
La polimerasa puede añadir más de 700 nucleótidos cada segundo, y solamente se equivoca cada 109 o 1010 nucleótidos incorporados, un número extraordinario.
La polimerasa tiene que contar con mecanismos que permitan copiar de manera exacta la información del genoma. Por ello, existen distintas polimerasas que tienen la capacidad de replicar y reparar el ADN.
La ADN polimerasa en una enzima que trabaja en dirección 5’-3’, y trabaja mediante la adición de nucleótidos al extremo terminal con el grupo –OH libre.
Una de las consecuencias inmediatas de esta característica es que una de las cadenas podrá sintetizarse sin ningún inconveniente, pero ¿qué pasa con la hebra que necesita ser sintetizada en sentido 3’-5’?
Esta cadena se sintetiza en lo que se conoce como fragmentos de Okazaki. Así, se sintetizan pequeños segmentos en dirección normal, 5’-3’, que posteriormente son unidos por una enzima llamada ligasa.
Estructuralmente, las ADN polimerasas tienen en común dos sitios activos que poseen iones metálicos. En ellos encontramos aspartato y otros residuos de aminoácidos que coordinan los metales.
Tradicionalmente, en procariotas se han identificado tres tipos de polimerasas que se denominan con números romanos: I, II y III. En eucariotas, se reconocen cinco enzimas que se denominan con letras del alfabeto griego, a saber: α, β, γ, δ y ε.
Las investigaciones más recientes han identificado cinco tipo de ADN en Escherichia coli, 8 en la lavadura Saccharomyces cerevisiae y más de 15 en el ser humano. En el linaje vegetal, la enzima ha sido menos estudiada. Sin embargo, en el organismo modelo Arabidopsis thaliana se han descrito unas 12 enzimas.
Una de las técnicas más usadas en los laboratorios de biología molecular es la PCR o reacción en cadena de la polimerasa. Este procedimiento saca provecho de la capacidad de polimerización de la ADN polimerasa para lograr amplificar, en varios órdenes de magnitud, una molécula de ADN que deseamos estudiar.
En otras palabras, al final del procedimiento tendremos miles de copias de nuestro ADN blanco.Los usos de la PCR son muy variados. Se puede aplicar para a la investigación científica, al diagnóstico de algunas enfermedades o incluso en ecología.
La ARN polimerasa es la responsable de generar una molécula de ARN partiendo de un molde de ADN. El transcrito resultante es una copia que se complementa al segmento de ADN que fue usado como molde.
El ARN mensajero es el encargado de llevar la información al ribosoma, para generar una proteína. También participan en la síntesis de los demás tipos de ARN.
Esta no puede actuar sola, necesita de proteínas denominadas factores de transcripción para poder ejecutar sus funciones exitosamente.
Las ARN polimerasas son complejos enzimáticos grandes. Son más complejos en el linaje eucariota que en el procariota.
En los eucariotas, existen tres tipos de polimerasas: Pol I, II y III, que son la maquinaria central para la síntesis del ARN ribosomal, mensajero y de transferencia, respectivamente. En contraste, en los procariotas todos sus genes son procesados por un solo tipo de polimerasa.
Aunque ambas enzimas usan un templado de ADN, difieren en tres aspectos claves. Primero, la ADN polimerasa requiere de un primer para iniciar la replicación y lograr conectar los nucleótidos. Un primer o cebador es una molécula formada por unos pocos nucleótidos, cuya secuencia son complementarias a un sitio específico en el ADN.
El cebador le otorga un –OH libre a la polimerasa para que empiece su proceso catalítico. En contraste, las ARN polimerasas pueden iniciar su trabajo sin la necesidad de un primer.
En segundo lugar, la ADN polimerasa tiene múltiples regiones de unión a la molécula de ADN. La ARN polimerasa solamente se puede unir a las secuencias promotoras de los genes.
Por último, la ADN polimerasa es una enzima que realiza su trabajo con alta fidelidad. La ARN polimerasa es susceptible a más errores, introduciendo un nucleótido equivocado cada 104 nucleótidos.
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