En biología molecular y bioquímica , la procesividad es la capacidad de una enzima para 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 plantilla. Debido a que la unión de la polimerasa al molde es el paso limitante de la velocidad en la síntesis de ADN [ cita necesaria ] , la tasa general de replicación del ADN durante la fase S del ciclo celular depende de la procesividad de las ADN polimerasas que realizan la replicación. Las proteínas de sujeción del ADN son componentes integrales de la maquinaria de replicación del ADN y sirven para aumentar la procesividad de sus polimerasas asociadas. Algunas polimerasas añaden más de 50.000 nucleótidos a una cadena de ADN en crecimiento antes de disociarse de la cadena plantilla, lo que da una tasa de replicación de hasta 1.000 nucleótidos por segundo.
Las polimerasas interactúan con la columna vertebral 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 "pulgar" y "palma" de la molécula de ADN polimerasa metafóricamente con forma 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 aquellas con la cadena principal de fosfato permanecen más estables, lo que permite una rápida reinserción al surco menor en el siguiente nucleótido.
Las interacciones con el ADN también se ven facilitadas por las proteínas de sujeción del ADN , que son proteínas multiméricas que rodean completamente el ADN, con el que se asocian en las bifurcaciones de replicación . Su poro central es lo suficientemente grande como para admitir las hebras de ADN y algunas moléculas de agua circundantes, lo que permite que la abrazadera se deslice a lo largo del ADN sin disociarse de él y sin aflojar las interacciones proteína-proteína que mantienen la forma toroide. Cuando se asocia con una abrazadera de ADN, la ADN polimerasa es dramáticamente más procesiva; sin la abrazadera, la mayoría de las polimerasas tienen una procesividad de sólo unos 100 nucleótidos. Las interacciones entre la polimerasa y la pinza son más persistentes que las entre la polimerasa y el ADN. Por lo tanto, cuando la polimerasa se disocia del ADN, todavía está unida a la abrazadera y puede reasociarse rápidamente con el ADN. Un ejemplo de una abrazadera de ADN de este tipo es el PCNA (antígeno nuclear de células en proliferación) que se encuentra en S. cervesiae .
Múltiples 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 bifurcación de replicación, la polimerasa DNA Pol III es la enzima principal responsable de la replicación del ADN y forma un complejo de replicación con una procesividad extremadamente alta. El ADN Pol I relacionado tiene actividad exonucleasa y sirve para degradar los cebadores de ARN utilizados para iniciar la síntesis de ADN. Luego, Pol I sintetiza los fragmentos cortos de ADN en lugar de los fragmentos de ARN anteriores. Por tanto, Pol I es mucho menos procesivo que 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 ADN polimerasas, 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 realizar la transición de la iniciación a la elongación. Este proceso se llama cambio de polimerasa. [3] [4]