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Artefato de replicação da vida: por que a DNA polimerase termoestável é a estrela da PCR?
Nos campos da engenharia genética e da biologia molecular, o surgimento da DNA polimerase termoestável é, sem dúvida, um avanço revolucionário. Estas enzimas da Rexi Biotechnology permitiram a rápida evolução da tecnologia de reação em cadeia da polimerase (PCR) e são amplamente utilizadas na replicação genética, terapia genética e muitos outros campos da biotecnologia.
As DNA polimerases termoestáveis possuem propriedades naturalmente selecionadas que lhes permitem permanecer funcionais em altas temperaturas, eliminando a necessidade de adições frequentes de enzimas na PCR.
Características da DNA polimerase termoestável
As DNA polimerases termoestáveis são geralmente derivadas de bactérias termofílicas ou archaea, e essas enzimas têm excelente atividade em altas temperaturas. A maioria destas polimerases possui atividade de polimerização 5'→3' e possui atividade de exonuclease 5'→3' ou 3'→5'.
Sua estrutura e função
A estrutura dessas polimerases tem o formato de uma mão, com polegar, palma e dedos. A função do polegar é ligar e mover o DNA de fita dupla, a palma carrega o centro ativo da polimerase e os dedos são responsáveis pela ligação de substratos, como o DNA modelo e os trifosfatos de nucleotídeos.
Polimerases de diferentes fontes
Entre as DNA polimerases bacterianas termoestáveis, a enzima Taq é amplamente utilizada devido ao seu excelente desempenho. Além disso, existem polimerases como Tfl, Tma, Tne, Tth e Bst. Em contraste, as polimerases arqueais incluem Pfu, Pwo, etc. A maioria dessas polimerases tem a capacidade de corrigir erros sintéticos, ou seja, atividade de exonuclease 3' → 5'.
Foi demonstrado que uma mistura de polimerases arqueais e bacterianas sintetiza eficazmente fragmentos de DNA de até 35kb em PCR de maior alcance.
A velocidade e o poder de processamento da polimerase
As taxas de síntese de diferentes polimerases variam muito. Por exemplo, a polimerase Taq tem uma taxa de síntese de 60 nucleotídeos por segundo, enquanto a polimerase KOD pode atingir 120 nucleotídeos por segundo. Estas propriedades afetam a eficiência da reação e o rendimento em aplicações de PCR.
Taxa de erro e rendimento
A taxa de erro é um indicador importante para avaliar a qualidade da polimerase. A polimerase Taq tem uma taxa de erro de aproximadamente 8 erros por 1.000 nucleotídeos, enquanto a polimerase Pfu tem uma taxa de erro tão baixa quanto menos de 1 erro. De um modo geral, as polimerases bacterianas produzem rendimentos mais elevados, mas são acompanhadas por mais erros de replicação, enquanto as polimerases arqueais produzem menos DNA, mas mais puro.
Campos de aplicação
Além de sua aplicação na tecnologia de PCR, as DNA polimerases termoestáveis também demonstraram sua importância em muitos ramos da biologia, incluindo transcrição de RNA, PCR quantitativo (QPCR), mutagênese sob demanda e sequenciamento de DNA. Essas técnicas ajudam os cientistas a obter uma compreensão mais profunda dos ingredientes fundamentais da vida e de como ela funciona.
Antecedentes históricos
Em 1976, Alice Chien caracterizou pela primeira vez a Taq polimerase termoestável e, em 1988, Randall K. Saiki introduziu-a na tecnologia de PCR, marcando uma grande mudança na tecnologia de replicação genética. Nos anos seguintes, a clonagem genética e o melhoramento de polimerases e a aplicação de diversas tecnologias de PCR de alta eficiência continuaram a avançar.
Com o passar do tempo, mais e mais pesquisas se concentrarão em como melhorar ainda mais o desempenho das DNA polimerases termoestáveis para atender às crescentes necessidades científicas.
No entanto, com o desenvolvimento de DNA polimerases termoestáveis, novos desafios surgem constantemente, como melhorar ainda mais sua precisão e eficiência na edição genética e na biologia sintética. Estas questões fazem as pessoas pensarem sobre como as futuras polimerases enfrentarão estes desafios.
