13.4 Las ADN polimerasas controlan la fidelidad de la replicacion PDF

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Traducción a cargo del Dr. Victor Vega Villa del libro GENES IX
(Krebs JE. GENES XI. 11th ed. Burlington, MA, US.: Jones & Bartlett Learning; 2013.)...

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Las ADN polimerasas controlan la fidelidad de la replicación Conceptos clave:   

Las ADN polimerasas de alta fidelidad implicadas en la replicación tienen un sitio activo ajustado de manera precisa que favorece la unión de pares de bases de Watson-Crick. Las ADN polimerasas tienen a menudo una actividad exonucleasa 3'- 5' que se usa para eliminar bases incorrectamente apareadas. La fidelidad de la replicación es mejorada por la prueba de lectura en un factor ~100.

La fidelidad de replicación plantea el mismo tipo de problema encontrado al considerar (por ejemplo) la exactitud de la traducción. Se basa en la especificidad del apareamiento de bases. Sin embargo, cuando consideramos las energías involucradas en el apareamiento de bases, esperamos que ocurran errores con una frecuencia de ~10 -2 por par de bases replicados. La tasa real en las bacterias parece ser ~10-8 a 10-10. Esto corresponde a ~1 error por genoma por 1000 ciclos de replicación bacteriana, o ~10 -6 por gen por generación. Podemos dividir los errores que produce la ADN polimerasa durante la replicación en dos clases: 

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Las sustituciones ocurren cuando se incorpora el nucleótido incorrecto (apareado incorrectamente). El nivel de error se determina por la eficacia de la prueba de lectura (corrección), en la que la enzima escrutina el par de bases recién formado y elimina el nucleótido si no corresponde. Los cambios de marco se producen cuando se inserta o se omite un nucleótido adicional. La fidelidad con respecto a cambios de marco se ve afectada por la procesividad de la enzima: la tendencia a permanecer en una sola plantilla en lugar de disociar y reasociar. Esto es particularmente importante para la replicación de un tramo homopolimérico -por ejemplo, una secuencia larga de dT n: dAn- en la que el "deslizamiento de replicación" puede cambiar la longitud del recorrido homopolimérico. Como regla general, la procesividad incrementada reduce la probabilidad de tales eventos. En polimerasas de ADN multiméricas, la procesividad se incrementa generalmente mediante una subunidad particular que no es necesaria para la actividad catalítica per se.

Las enzimas de replicación bacteriana tienen múltiples sistemas de reducción de errores. Como se discute en el capítulo Los genes son ADN, la geometría de un par de bases A-T es muy similar a la de un par de bases G-C. Esta geometría es utilizada por las ADN polimerasas de alta fidelidad como un mecanismo de fidelidad. Sólo un dNTP entrante que aparea su base correctamente con el nucleótido plantilla se ajusta en el sitio activo, mientras que apareamientos erróneos como A-C o A-A tienen una geometría incorrecta para encajar en el sitio activo. Por otra parte, las ADN polimerasas de baja fidelidad, tales como la ADN polimerasa IV de E. coli usada para la replicación del salto de daño, tienen un sitio activo más abierto que acomoda nucleótidos dañados, pero también pares de bases incorrectos. De este modo, bien la expresión o la actividad de estas ADN

polimerasas propensas a errores está regulada de forma estricta de manera que sólo son activas después de que se produce el daño del ADN. Así, la actividad o la expresión de esas ADN polimerasas a prueba de errores está estrechamente reguladas de tal manera que están activas únicamente después de que ocurren los daños en el ADN. Todas las enzimas bacterianas poseen una actividad exonucleolítica 3'- 5' que procede en la dirección inversa a la síntesis de ADN. Esto proporciona una función de corrección, como se ilustra en la FIGURA 13.7. En la etapa de elongación de la cadena, un nucleótido precursor entra en la posición al final de la cadena en crecimiento. Se forma un enlace. La enzima se mueve un par de bases más lejos, y luego está lista para que el siguiente nucleótido precursor entre. Si se ha cometido un error, el DNA es estructuralmente deformado por la incorporación de la base incorrecta que hará que la polimerasa se detenga o se ralentice. Esto permitirá que la enzima respalde y retire la base incorrecta (ver el capítulo Replicación de ADN). En algunas regiones los errores ocurren con mayor frecuencia que en otros; Es decir, los sitios calientes de mutación ocurren en el ADN. Esto es causado por el contexto de secuencia subyacente; Es decir, algunas secuencias hacen que la polimerasa se mueva más rápido o más lentamente, lo que afecta la capacidad de detectar un error. Como se señaló anteriormente en este capítulo de la sección titulada Las ADN polimerasas son las enzimas que hacen el ADN, las enzimas de replicación típicamente se encuentran como complejos holoenzima multisubunidad, mientras que las ADN polimerasas de reparación se encuentran típicamente como enzimas de una sola subunidad. Una ventaja para un sistema de holoenzima es la disponibilidad de una subunidad especializada responsable de la corrección de errores. En la ADN polimerasa III de E. coli, esta actividad, una exonucleasa 3 'a 5', reside en una subunidad separada, la subunidad ε. Esta subunidad da a la enzima de replicación una mayor fidelidad que las enzimas de reparación. Diferentes polimerasas de ADN mantienen la relación entre las actividades de polimerización y corrección de diferentes maneras. En algunos casos, las actividades son parte de la misma subunidad proteica, pero en otras están contenidas en diferentes subunidades. Cada polimerasa de ADN tiene una tasa de error característica que se reduce por su actividad de corrección. La corrección típicamente disminuye la tasa de errores en la replicación de ~10-5 a ~10-7 por par de bases replicado. Los sistemas que reconocen los errores y los corrigen después de la replicación, eliminan algunos de los errores, con lo que la tasa global llega a 10 3 veces....