Replisoma bacteriano

En la parte frontal del replisoma de E. coli, la proteína DnaB hexamérica rodea una hebra de ADN. Esta helicasa utiliza la energía de la hidrólisis de ATP para separar el ADN dúplex en dos hebras hijas mediante la translocación de 5′ a 3′ a lo largo de la hebra dentro de su poro central. Las proteínas de unión al ADN de una sola hebra (SSB) recubren cada hebra individual para eliminar las estructuras secundarias del ADN que impedirían la replicación. La polimerasa de ADN (Pol) III, un complejo de proteínas en cada hebra hija, utiliza este ADN de una sola hebra como plantilla para sintetizar una hebra complementaria. Pol III tiene alta fidelidad, con una tasa de error de aproximadamente una mutación por cada 10-5 a 10-6 bases replicadas. Sin embargo, si Pol III incorpora erróneamente un nucleótido incorrecto, una revisión de 3′ a 5′ exonucleasa dentro de la polimerasa elimina el nucleótido incorrecto. La abrazadera β, un anillo dimérico (panel C), ata a Pol III al ADN y asegura que la polimerasa permanezca unida al ADN (p. ej., confiere alta procesividad de Pol III) (Kong et al., 1992). El cargador de pinzas multiproteínas utiliza la energía de la hidrólisis de ATP para abrir el dímero de abrazadera β y, posteriormente, cerrarlo alrededor del ADN de la plantilla. Las subunidades τ de la cargadora de pinzas contienen extensiones en los extremos de sus terminales C que organizan el replisoma mediante la unión simultánea de Pol III y DnaB.

La estructura antiparalela de las hebras de ADN requiere que una hebra (es decir, la hebra rezagada) se sintetice en una serie de piezas de 1-2 kilobases, llamadas fragmentos de Okazaki (panel D). Para crear fragmentos de Okazaki, Pol III se trasloca a lo largo del ADN en la dirección opuesta del complejo Pol III en la hebra principal y el replisoma completo en la bifurcación de replicación (es decir, progresión de bifurcación) (Kornberg y Baker, 1992). Esto crea un bucle de ADN entre la abrazadera β en la hebra rezagada y la helicasa en la cabeza de la horquilla de replicación (panel D, paso 1). A continuación, la primasa DnaG cataliza la síntesis de un fragmento corto de ARN, llamado imprimador de ARN, cerca de la horquilla de replicación (panel D, paso 2) (Frick y Richardson, 2001). A continuación, el cargador de pinzas ensambla una nueva abrazadera β alrededor de la imprimación de ARN (panel D, paso 3). Cuando Pol III en la hebra rezagada completa (o casi completa) la síntesis del fragmento de Okazaki, Pol III libera la abrazadera y el bucle se colapsa (panel D, paso 4). Este complejo Pol III luego se asocia con la nueva abrazadera β en la imprimación de ARN aguas arriba y comienza la síntesis del siguiente fragmento de Okazaki. Cuando este nuevo Okazaki está completo, Pol I reemplaza los cebadores de ARN con ADN y una ligasa une los fragmentos en una cadena continua de ADN. Este ciclo de cuatro pasos se llama el modelo de replicación «trombón» porque el bucle de ADN que se forma en el primer paso se asemeja a la diapositiva de un trombón (Sinha et al., 1980).