Durante la replicación, los Nucleótidos se agregan a la cadena de nucleótidos o al cebador existente. Para la adición de los nucleótidos es necesario el grupo 3 ‘OH ya que la adición del nucleótido sigue el mecanismo SN2 (es decir, el mecanismo de sustitución nucleofílica). El 3 ‘OH actuará como nucleófilo para el nucleótido entrante en el sitio activo de la enzima polimerasa.
La ADN polimerasa I tiene dos iones metálicos divalentes (Zn2 + o Mg2 +). Uno de los iones Mg2 + extraerá hidrógeno del grupo 3 ‘OH del cebador, por lo tanto, lo convertirá en 3’ O, que es más nucleófilo. El 3 ‘O- atacará el fosfato α del dNTP entrante. Resultaría en la adición del nucleótido a la cadena creciente de ADN por enlace fosfodiéster y liberación de pirofosfato. El segundo ion metálico interactuará con el pirofosfato para estabilizarse, lo que luego se rompería en fosfato inorgánico (iP) para liberar energía.
La reacción para la adición de nucleótidos es la siguiente.
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Por lo tanto, la reacción general es:
Visión termodinámica sobre la reacción:
Para que cualquier reacción ocurra espontáneamente, la energía libre de Gibbs debe ser negativa. Si el valor de ΔG es negativo, entonces la reacción ocurrirá por sí sola.
El mismo concepto se aplica aquí. Cuando el dNTP se hidroliza a dNMP y pirofosfato, se libera energía que es necesaria para la adición del nucleótido al extremo 3 ‘en crecimiento. Sin embargo, esta energía liberada es deficiente, es decir, casi -3.5 Kcal / mol. Por lo tanto, la reacción ocurrida puede revertirse. Por lo tanto, la polimerasa requiere más energía para estabilizar el nucleótido agregado.
Para hacer que el ΔG sea más negativo, el pirofosfato se hidroliza por la enzima fosfatasa. La hidrólisis del pirofosfato liberará suficiente energía para hacer que ΔG sea más negativo, es decir, casi -7 Kcal / mol. Por lo tanto, la reacción será altamente favorable y la constante de equilibrio (K) de la reacción es 10 ^ 5. Tal alto valor de K asegurará una reacción directa, y por lo tanto la síntesis de ADN es una reacción irreversible.
Aparte de esto, hay una importancia de tener un valor de ΔG bajo. El bajo valor de ΔG asegurará que si se agrega un nucleótido incorrecto, la reacción se puede revertir fácilmente. Cuando se agrega un nucleótido incorrecto, entonces el enlace de hidrógeno entre los pares de bases no será apropiado, lo que conduciría a una disminución de 1000 veces en la velocidad de adición de nucleótidos.
Referencia y más información:
- Molecular Biology de Watson edición 7, capítulo 9.
- Replicación de ADN – Wikipedia
- ADN polimerasa I – Wikipedia
- Reacción: Biología Molecular por Watson edición 7, capítulo 9, página 260.
- Energía libre de Gibbs – Wikipedia
