Structure généraledit
Pol I intervient principalement dans la réparation de l’ADN endommagé. Pol I fait partie de la classe des protéines de la superfamille des protéines alpha / bêta, qui se compose de segments alpha et bêta dispersés dans toute protéine donnée. L’ADN Pol I d’E. coli se compose de quatre domaines avec deux activités enzymatiques distinctes. Le quatrième domaine consiste en une exonucléase qui relit le produit de l’ADN Pol I et est capable d’éliminer les erreurs commises par Pol I. Les trois autres domaines travaillent ensemble pour maintenir l’activité de l’ADN polymérase.
E. la bactérie coli contient 5 ADN polymérases différentes: ADN Pol I, ADN Pol II, ADN Pol III, ADN Pol IV et ADN Pol V. Les cellules eucaryotes contiennent 5 ADN polymérases différentes: α, β, γ, δ et ε. L’ADN polymérase β eucaryote est la plus similaire à l’ADN Pol I d’E. coli car sa fonction principale est associée à la réparation de l’ADN, plutôt qu’à la réplication. L’ADN polymérase β est principalement utilisée dans la réparation par excision des bases et la réparation par excision des nucléotides. Au total, 15 ADN polymérases humaines ont été identifiées.
Similitude structurelle et fonctionnelle avec d’autres polymérasesEdit
Dans la réplication de l’ADN, le principal Le brin d’ADN est continuellement étendu dans la direction du mouvement de la fourche de réplication, tandis que le brin d’ADN en retard s’étend de manière discontinue dans la direction opposée sous forme de fragments d’Okazaki. Les ADN polymérases ne peuvent pas non plus initier de chaînes d’ADN, elles doivent donc être initiées par de courts segments d’ARN ou d’ADN appelés amorces. Pour que la polymérisation de l’ADN ait lieu, deux exigences doivent être remplies. Tout d’abord, toutes les ADN polymérases doivent avoir à la fois un brin de matrice et un brin d’amorce. Contrairement à l’ARN, les ADN polymérases ne peuvent pas synthétiser l’ADN à partir d’un brin modèle. La synthèse doit être initiée par un segment d’ARN court, appelé amorce d’ARN, synthétisé par la Primase dans le sens 5′ à 3′. La synthèse de l’ADN se fait alors par addition d’un dNTP au groupe hydroxyle 3′ à l’extrémité du brin d’ADN préexistant ou de l’amorce d’ARN. Deuxièmement, les ADN polymérases ne peuvent ajouter de nouveaux nucléotides au brin préexistant que par liaison hydrogène. Puisque toutes les ADN polymérases ont une structure similaire, elles partagent toutes un mécanisme de polymérase catalysée par des ions à deux métaux. L’un des ions métalliques active le groupe hydroxyle de l’amorce 3′, qui attaque alors le phosphate primaire 5′ du dNTP. Le deuxième ion métallique stabilisera la charge négative de l’oxygène sortant et chélatera ensuite les deux groupes phosphate sortant.
On a dit que les structures de rayons X du domaine de la polymérase de toutes les ADN polymérases ressemblent à celles de la main droite d’un humain. Toutes les ADN polymérases contiennent trois domaines. Le premier domaine, connu sous le nom de » domaine des doigts », interagit avec le dNTP et la base de modèles appariés. Le « domaine des doigts » interagit également avec le modèle pour le positionner correctement sur le site actif. Connu sous le nom de » domaine palm « , le second domaine catalyse la réaction du transfert du groupe phosphoryle. Enfin, le troisième domaine, appelé « domaine du pouce « , interagit avec l’ADN double brin. Le domaine de l’exonucléase contient son propre site catalytique et élimine les bases mal appariées. Parmi les sept familles d’ADN polymérase différentes, le » domaine palmier » est conservé dans cinq de ces familles. Le « domaine du doigt » et le « domaine du pouce » ne sont pas cohérents dans chaque famille en raison des différents éléments de structure secondaires de différentes séquences.
FunctionEdit
Pol I possède quatre activités enzymatiques:
- Une activité de l’ADN polymérase dépendante de l’ADN 5’→3′ (en avant), nécessitant un site d’amorce de 3’et un brin de matrice
- Une activité de l’exonucléase 3’→5′ (en arrière) qui médie la relecture
- Une activité de l’exonucléase 5’→3′ (en avant) qui médie la translation des entailles pendant la réparation de l’ADN.
- Une activité de l’ADN polymérase ARN-dépendante 5’→3′ (forward). Pol I fonctionne sur des modèles d’ARN avec une efficacité considérablement inférieure (0,1–0,4%) à celle des modèles d’ADN, et cette activité n’a probablement qu’une signification biologique limitée.
Afin de déterminer si le Pol I était principalement utilisé pour la réplication de l’ADN ou pour réparer des dommages à l’ADN, une expérience a été menée avec une souche mutante déficiente de Pol I d’E. coli. La souche mutante qui manquait de Pol I a été isolée et traitée avec un mutagène. La souche mutante a développé des colonies bactériennes qui ont continué à se développer normalement et qui manquaient également de Pol I. Cela a confirmé que Pol I n’était pas nécessaire à la réplication de l’ADN. Cependant, la souche mutante présentait également des caractéristiques qui impliquaient une sensibilité extrême à certains facteurs qui endommageaient l’ADN, comme la lumière UV. Ainsi, cela a réaffirmé que Pol I était plus susceptible d’être impliqué dans la réparation des dommages à l’ADN plutôt que dans la réplication de l’ADN.