La importancia de la temperatura de la ADN polimerasa para la PCR
La ADN polimerasa es la enzima encargada de copiar las hebras de ADN para replicarlo. En las células se ensambla en el núcleo y cuando se activa copia el ADN durante la mitosis o la meiosis para la división celular. En el laboratorio empleamos la ADN polimerasa para hacer PCR en el termociclador. Existen 7 grandes familias de ADN polimerasas en la naturaleza, cada una con sus peculiaridades y es frecuente que una especie de seres vivos tenga varias polimerasas para llevar a cabo trabajos distintos dentro de la célula. Mientras que las que tenemos los humanos, y en general todos los mamíferos, funcionan a temperatura fisiológica, unos 37 °C, otros animales tienen ADN polimerasas que funcionan a otras temperaturas. Veamos por qué.
Mediante la PCR conseguimos amplificar la cantidad de ADN de una muestra
Empecemos hablando de la ADN polimerasa de mamíferos y otros animales de sangre caliente. Cada especie concreta tendrá una temperatura media, en humanos son concretamente entre 36,56 y 37,28 °C. Por lo que es lógico que la ADN polimerasa de humanos funcione a esa temperatura. Sin embargo, no siempre tenemos esa temperatura. A lo largo del día la temperatura puede variar hasta un grado centígrado. Además, cuando pasamos frío, nuestra temperatura baja y podemos llegar por debajo de los 30 °C. En situaciones de fiebre podemos llegar a tener 42 °C de temperatura interna. Por lo que el rango de temperaturas en el que la ADN polimerasa es bastante amplio. Por encima de esa temperatura empezaría a introducir errores en la cadena de ADN y llegaría a desnaturalizarse. La desnaturalización es un proceso que las pasa a las proteínas con el calor. Las interacciones entre los aminoácidos que las componen (puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, etc.) se rompen y la proteína pierde su forma y por consiguiente su capacidad de funcionar. Para que te hagas una idea, cuando metemos una pechuga de pollo en agua caliente y se vuelve blanca, se están desnaturalizando las proteínas del músculo.
Otros seres vivos adaptados a bajas y altas temperaturas poseen ADN polimerasas adaptadas a sus condiciones vitales. Por ejemplo, los hongos que le salen a las cosas de la nevera son capaces de funcionar a 4 °C (temperatura a la que la polimerasa humana no puede funcionar). De forma similar hay especies de bacterias y arqueas que viven en zonas especialmente calientes, las chimeneas submarinas, fuentes de aguas termales y otras afloraciones de aguas profundas. Todas ellas han modificado su ADN polimerasa para no desnaturalizarse con la temperatura. Estas enzimas tienen modificaciones en las fuerzas de conexión entre sus aminoácidos, de tal manera que son capaces de funcionar a 70 °C sin problemas.
Pero no solo eso, durante la PCR ponemos el ADN hasta 95 °C para conseguir que las dos hebras del ADN se separen. Si la polimerasa humana no está pensada para funcionar por encima de 42 °C, imagínate a 95 °C, está completamente deshecha. Sin embargo, la de las arqueas que viven en los géiseres es capaz de soportar hasta 120 °C, por lo que es ideal para el uso en laboratorios que hacen PCR a temperaturas entre 50 y 100 °C. Es gracias a haber encontrado estas ADN polimerasas en la naturaleza que la biotecnología dio un vuelco enorme y se ha desarrollado especialmente.