ADN Polimerasa y la ARN Primasa: Funciones y productos finales

¿Qué es la ADN polimerasa?

Cada célula viva sufre un ciclo celular entre cada división celular. El ciclo celular incluye cuatro pasos principales: G1, S, G2 y M. La etapa final, M, es cuando la célula realmente se divide. Todos los pasos anteriores ocurren para preparar la célula para la división. Durante la etapa S, el material genético de la célula, que está presente en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN), se duplica. Este proceso se conoce como replicación del ADN y se produce para garantizar la distribución equitativa del ADN entre las células hijas.

El ADN es una estructura bicatenaria compuesta de monómeros llamados nucleótidos. Los nucleótidos contienen bases que contienen nitrógeno que proporcionan a la célula un código de instrucciones para la síntesis de proteínas. Estas proteínas pueden estar en forma de enzimas, que regulan los procesos biológicos y químicos de la célula. Las enzimas se distinguen de otras proteínas añadiendo el sufijo -asa a sus nombres. La replicación del ADN depende en gran medida de varias enzimas para progresar. Un ejemplo de estas enzimas es la ADN polimerasa.

La ADN polimerasa se encuentra tanto en eucariotas como en procariotas y es una estructura altamente conservada. Esto significa que el sitio activo de esta enzima, que es donde procesa la reacción química, es el mismo en todas las especies. La forma de esta enzima se asemeja a la mano derecha humana, con estructuras de palma, pulgar y dedos. Se dice que el ADN tiene una alta procesividad, por lo que puede deslizarse a través del ADN durante la replicación del ADN. Existen varios tipos de ADN polimerasa agrupadas según su función y en qué organismo se encuentran, como por ejemplo:

• ADN polimerasa I: polimerasas procarióticas de la familia A
• ADN polimerasa II: polimerasas procarióticas de la familia B
• ADN polimerasa III: polimerasas procarióticas de la familia C
• ADN polimerasa de la familia X: ADN polimerasas eucariotas como la ADN polimerasa beta, lambda, sigma, mu y TdT
• ADN polimerasa de la familia B ADN polimerasas eucariotas como la ADN polimerasa alfa, delta y épsilon

¿Qué hace la ADN polimerasa?

La función principal de la ADN polimerasa es agregar nucleótidos a las cadenas de ADN recién formadas a medida que se produce la replicación. Antes del reclutamiento de la ADN polimerasa, otra enzima llamada ADN helicasa abre la doble cadena para crear lo que se conoce como una horquilla de replicación; la horquilla de replicación contiene dos hebras simples de ADN que se utilizarán como plantillas para la replicación. Después de eso, se recluta una enzima llamada ARN primasa; La función de la ARN primasa consiste en unir una molécula corta de ARN llamada cebador a la secuencia de ADN. La ARN primasa en la replicación del ADN es crucial para permitir que la ADN polimerasa funcione y para que continúe la replicación del ADN.

Después de eso, la ADN polimerasa se une al extremo 3′ del cebador y agrega continuamente nucleótidos desde el extremo 5′-3′ en una cadena llamada cadena principal. Por otro lado, la hebra opuesta de la horquilla de replicación, llamada hebra retrasada, se copia en pequeños fragmentos llamados fragmentos de Okazaki y luego se sellan entre sí. Esto se debe a la direccionalidad de la ADN polimerasa, ya que solo puede agregar nucleótidos en la dirección 5′-3′. La ADN polimerasa facilita los enlaces de hidrógeno entre la adenina y la timina (formando un doble enlace de hidrógeno) y entre la citosina y la guanina (formando un triple enlace). Una vez finalizada la replicación, se elimina el cebador de ARN. La ADN polimerasa también participa en la reparación de roturas de doble cadena en el ADN y en la corrección de pares de nucleótidos no coincidentes.

¿Qué es la ARN polimerasa?

Los ácidos nucleicos se pueden encontrar en forma de ADN y ácido ribonucleico (ARN). El ARN está compuesto de ribonucleótidos que contienen bases que contienen nitrógeno, como adenina, uracilo, guanina y citosina. El ARN es una molécula esencial para el funcionamiento celular, ya que participa en la expresión genética y en la construcción del orgánulo ribosomal, que actúa como sitio de síntesis de proteínas. El ARN es sintetizado por una enzima denominada ARN polimerasa, que utiliza el ADN como plantilla. La ARN polimerasa tiene la misma estructura en todas las especies, lo que implica tener una estructura en forma de garra compuesta de varias subunidades. Las ARN polimerasas también utilizan cofactores como el zinc y el magnesio para realizar su función.

Función de la ARN polimerasa

La ARN polimerasa cataliza la formación de todo tipo de ARN, como el ARN mensajero y el ARN de transferencia. El ARN mensajero (ARNm) es una molécula importante que participa en la expresión genética. El proceso de producción de ARNm implica el uso de ADN monocatenario, que se desenrolla utilizando helicasa de forma similar a como se hace durante la replicación, como plantilla. Este proceso se conoce como transcripción y ocurre en tres pasos:

• Iniciación: la ARN polimerasa se une a una región del ADN llamada secuencia promotora. Los promotores actúan como guías que guían a la ARN polimerasa sobre dónde unirse al ADN.
• Elongación: la ARN polimerasa se desliza a través del ADN molde, agregando un ribonucleótido que coincide con la secuencia del molde para crecer y formar una nueva cadena de ARN (ARNm).
• Terminación: la ARN polimerasa continuará sintetizando la cadena de ARN a través de la secuencia plantilla hasta que alcance una secuencia llamada secuencia terminadora, que detiene el proceso de transcripción.

ARN polimerasa frente a ADN polimerasa

Tanto la ADN polimerasa como la ARN polimerasa comparten el mismo objetivo final: sintetizar ácido nucleico en la célula. Sin embargo, la ADN polimerasa produce ADN bicatenario, mientras que la ARN polimerasa produce ARN monocatenario. La acción de la ADN polimerasa tiene lugar durante el proceso de replicación del ADN, mientras que la ARN polimerasa está activa durante el proceso de expresión genética. Se dice que la ARN polimerasa es una enzima muy defectuosa, ya que tiene una alta tasa de error. Por otro lado, se dice que la ADN polimerasa es muy precisa y eficiente. La ADN polimerasa y la ARN polimerasa también difieren en estructura, ya que la primera tiene una estructura similar a una mano y la posterior una estructura similar a una garra.

Topoisomerasa

Debido a la longitud de la molécula de ADN, puede enrollarse o enredarse durante los procesos de transcripción y replicación del ADN, lo que puede provocar el deterioro de la función de la ADN polimerasa y la ARN polimerasa. Para contrarrestar esto, se emplea una enzima llamada topoisomerasa para desenredar el ADN. La topoisomerasa lo hace cortando la columna vertebral de la estructura del ADN, que está hecha de azúcar y fosfato, para permitir que se desenrede el enredo. Hay dos tipos de topoisomerasa: tipo I y tipo II. La topoisomerasa tipo I escinde el ADN en una hebra para permitir el paso de la otra hebra y evitar que se enrede. Por otro lado, la topoisomerasa tipo II escinde el ADN en dos partes (hebras) para provocar una rotura de doble hebra.

Resumen de la lección

Durante el ciclo celular, el ADN sufre el proceso de duplicación llamado replicación del ADN. La replicación del ADN depende en gran medida de proteínas denominadas enzimas; Las enzimas se distinguen de otras proteínas añadiendo el sufijo -asa. Una enzima llamada ADN polimerasa es una de las enzimas vitales para la progresión de la replicación del ADN. La ADN polimerasa se parece a la mano derecha humana con estructuras de palma, dedos y pulgar. Se dice que es altamente procesivo y eficiente. Las ADN polimerasas se agrupan en varios tipos según la estructura, función y el tipo de organismo en el que se encuentran. La función de la ADN polimerasa es agregar nucleótidos a la doble hebra de ADN descomprimida para crear dos nuevas moléculas de ADN. La ADN polimerasa asegura la formación de enlaces de hidrógeno entre nucleótidos; la adenina forma un doble enlace con la timina y la citosina y la guanina forman un triple enlace. La ADN polimerasa necesita la ayuda de la ARN primasa para unirse a la cadena única de ADN. La ARN primasa une una molécula corta de ARN llamada cebador a la secuencia de ADN, que se elimina una vez completada la replicación del ADN.

Otra enzima implicada en la expresión génica se llama ARN polimerasa, que utiliza hebras de ADN modelo para formar moléculas de ARN. La estructura de la ARN polimerasa es similar en todas las especies, y tiene una estructura en forma de garra que utiliza cofactores metálicos para sintetizar el ARN. Esto ocurre al sintetizar una molécula llamada ARN mensajero (ARNm) durante un proceso llamado transcripción, que interviene en la expresión genética. La síntesis del ARN mensajero se produce en 3 pasos:

• Iniciación
• Alargamiento
• Terminación

Debido a la longitud de la cadena de ADN, puede enredarse durante la transcripción y la replicación del ADN. Para evitar esto, una enzima llamada topoisomerasa desenreda el ADN cortando el ADN en su columna vertebral para desenredar los enredos en su estructura. La topoisomerasa tipo I provoca una rotura monocatenaria, mientras que la topoisomerasa tipo II provoca una rotura bicatenaria.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador