En biología molecular y bioquímica , la procesividad es la capacidad de una enzima de catalizar "reacciones consecutivas sin liberar su sustrato ". [1]
Por ejemplo, la procesividad es el número promedio de nucleótidos agregados por una enzima polimerasa , como la ADN polimerasa , por evento de asociación con la cadena molde. Debido a que la unión de la polimerasa a la cadena molde es el paso limitante de la velocidad en la síntesis de ADN [ cita requerida ] , la tasa general de replicación de ADN durante la fase S del ciclo celular depende de la procesividad de las ADN polimerasas que realizan la replicación. Las proteínas de fijación de ADN son componentes integrales de la maquinaria de replicación de ADN y sirven para aumentar la procesividad de sus polimerasas asociadas. Algunas polimerasas agregan más de 50.000 nucleótidos a una cadena de ADN en crecimiento antes de disociarse de la cadena molde, lo que da una tasa de replicación de hasta 1.000 nucleótidos por segundo.
Las polimerasas interactúan con la cadena principal de fosfato y el surco menor del ADN, por lo que sus interacciones no dependen de la secuencia de nucleótidos específica. [2] La unión está mediada en gran medida por interacciones electrostáticas entre el ADN y los dominios de "pulgar" y "palma" de la molécula de ADN polimerasa con forma metafórica de mano. Cuando la polimerasa avanza a lo largo de la secuencia de ADN después de agregar un nucleótido, las interacciones con el surco menor se disocian, pero las que tienen la cadena principal de fosfato permanecen más estables, lo que permite una rápida reunificación con el surco menor en el siguiente nucleótido.
Las interacciones con el ADN también se ven facilitadas por las proteínas de pinza de ADN , que son proteínas multiméricas que rodean completamente el ADN, con el que se asocian en las horquillas de replicación . Su poro central es lo suficientemente grande como para admitir las cadenas de ADN y algunas moléculas de agua circundantes, lo que permite que la pinza se deslice a lo largo del ADN sin disociarse de él y sin aflojar las interacciones proteína-proteína que mantienen la forma toroidal. Cuando se asocia con una pinza de ADN, la ADN polimerasa es dramáticamente más procesiva; sin la pinza, la mayoría de las polimerasas tienen una procesividad de solo unos 100 nucleótidos. Las interacciones entre la polimerasa y la pinza son más persistentes que las de la polimerasa y el ADN. Por lo tanto, cuando la polimerasa se disocia del ADN, todavía está unida a la pinza y puede reasociarse rápidamente con el ADN. Un ejemplo de una pinza de ADN de este tipo es el PCNA (antígeno nuclear de células proliferantes) que se encuentra en S. cervesiae .
Varias ADN polimerasas tienen funciones especializadas en el proceso de replicación del ADN. En E. coli , que replica todo su genoma a partir de una única horquilla de replicación, la ADN polimerasa Pol III es la enzima principalmente responsable de la replicación del ADN y forma un complejo de replicación con una procesividad extremadamente alta. La ADN Pol I relacionada tiene actividad exonucleasa y sirve para degradar los cebadores de ARN utilizados para iniciar la síntesis de ADN. Luego, la Pol I sintetiza los fragmentos cortos de ADN en lugar de los fragmentos de ARN anteriores. Por lo tanto, la Pol I es mucho menos procesiva que la Pol III porque su función principal en la replicación del ADN es crear muchas regiones cortas de ADN en lugar de unas pocas regiones muy largas.
En los eucariotas , que tienen una diversidad mucho mayor de polimerasas de ADN, la enzima iniciadora de baja procesividad se llama Pol α , y las enzimas de extensión de alta procesividad son Pol δ y Pol ε . Tanto los procariotas como los eucariotas deben "intercambiar" polimerasas unidas para hacer la transición de la iniciación a la elongación. Este proceso se llama conmutación de polimerasa. [3] [4]