La hidrólisis del ARN es una reacción en la que se rompe un enlace fosfodiéster en el esqueleto de azúcar-fosfato del ARN , escindiendo la molécula de ARN. El ARN es susceptible a esta hidrólisis catalizada por bases porque el azúcar ribosa en el ARN tiene un grupo hidroxilo en la posición 2 '. [1] Esta característica hace que el ARN sea químicamente inestable en comparación con el ADN , que no tiene este grupo 2 '-OH y, por lo tanto, no es susceptible a la hidrólisis catalizada por bases. [1]
Mecanismo
La hidrólisis del ARN ocurre cuando el 2 'OH desprotonado de la ribosa, actuando como un nucleófilo , ataca al fósforo adyacente en el enlace fosfodiéster del esqueleto azúcar-fosfato del ARN. [1] Hay un estado de transición (mostrado arriba), donde el fósforo está unido a cinco átomos de oxígeno. [2] El fósforo luego se desprende del oxígeno que lo conecta con el azúcar adyacente, lo que resulta en la escisión del éster de la columna vertebral del ARN. (Este mecanismo también se conoce como escisión de ARN). Esto produce un fosfato cíclico 2 ', 3' que luego puede producir un nucleótido 2 'o 3' cuando se hidroliza. Este proceso se muestra en la Figura 1. [1]
Autohidrólisis
La hidrólisis o escisión del ARN puede ocurrir espontáneamente, sin la presencia de un catalizador o enzima. Este proceso se conoce como una autohidrólisis o una reacción de autoescisión. Es mucho más probable que ocurra la escisión espontánea en una molécula de ARN cuando es monocatenaria. [2] Las reacciones de auto-hidrólisis o auto-escisión tienen lugar en soluciones básicas, donde los iones de hidróxido libres en solución pueden desprotonar fácilmente el 2 'OH de la ribosa. Esta desprotonación hace que la reacción sea catalizada por bases y aumenta la espontaneidad de la reacción. [2]
Escisión enzimática
Cuando el ARN es de doble hebra o está involucrado en el apareamiento de bases de nucleótidos, es más estable y la escisión espontánea es significativamente menos probable. En estos casos, la escisión se realiza utilizando enzimas catalíticas . Varias enzimas diferentes catalizan la escisión en sitios específicos de una molécula de ARN. [2]
Una de esas enzimas es la ribonucleasa A (RNasa A), una enzima proteica. La ARNasa A contiene histidina en su sitio activo y la usa para realizar la catálisis ácido-base y la escisión del ARN. [2] Ciertos residuos de histidina en el sitio activo actúan como bases para eliminar los protones de los 2 'hidroxilos de los azúcares ribosa, mientras que otros actúan como ácidos para donar protones al oxígeno 5' de las ribosas adyacentes para hacerlos mejores grupos salientes. Un residuo de lisina , también en el sitio activo de la ARNasa A, estabiliza los átomos de oxígeno cargados negativamente en el estado de transición. [2]
Una categoría de ribozimas llamadas ribozimas ribonucleolíticas pequeñas mejora la espontaneidad de la escisión de su propio ARN mediante catálisis ácido-base. Ejemplos de tales ribozimas incluyen la ribozima de cabeza de martillo , la ribozima del virus de la hepatitis delta (HDV) y la ribozima de horquilla . [2] Las ribozimas grandes, como los intrones del Grupo I , los intrones del Grupo II y la ARNasa P , catalizan el empalme y otras modificaciones postranscripcionales durante el procesamiento del ARNm, utilizando el mecanismo de escisión descrito anteriormente. [2]
Posibles aplicaciones
Los investigadores están desarrollando y utilizando diversas aplicaciones para la hidrólisis de ARN que pueden llevarse a cabo de forma controlada. Las aplicaciones incluyen el uso de ribozimas en terapia génica para controlar la expresión génica en bacterias y eucariotas, y para inhibir la replicación viral. [2] Las ribozimas de cabeza de martillo, en particular, pueden diseñarse de tal manera que escinden un ARN deseado. [3] Estas ribozimas pueden diseñarse para prevenir la expresión de un gen en particular, por ejemplo. [4]
Además de inhibir la expresión génica, las ribozimas de corte y empalme se pueden usar para reparar el ARN dañado o defectuoso. Las ribozimas de empalme catalizan el empalme de ARN, eliminando una sección de ARN que contiene una mutación y reemplazándola con ARN que funcione bien. [5] Las ribozimas existentes también se pueden alterar de una manera que cambie la (s) reacción (es) que cataliza la ribozima. [6]
Referencias
- ^ a b c d Voet, Donald; Voet, Judith (2011). Bioquímica (4 ed.). Nueva York: J. Wiley & Sons. pag. 85.
- ^ a b c d e f g h yo Elliot, David; Ladomery, Michael (2011). Biología molecular del ARN (1 ed.). Nueva York: Oxford University Press. págs. 34–64.
- ^ Leonidas A. Phylactou = Terapia génica de ribozimas (2001). Starkey, Michael; Elaswarapu, Ramnath (eds.). Protocolos de genómica . Totowa, Nueva Jersey: Humana Press. págs. 521–529 . ISBN 978-0-89603-774-8.
- ^ Thompson, JD; Macejak, D; Couture, L; Stinchcomb, DT (1995). "Ribozimas en terapia génica". Medicina de la naturaleza . 1 (3): 277–278. doi : 10.1038 / nm0395-277 . PMID 7585047 .
- ^ Sullenger, BA; Cech, TR (1994). "Reparación mediada por ribozimas de ARNm defectuoso mediante empalme trans dirigido". Naturaleza . 371 (6498): 619–622. doi : 10.1038 / 371619a0 . PMID 7935797 .
- ^ Beaudry, ámbar; Joyce, Gerald (1992). "Evolución dirigida de una enzima de ARN". Ciencia . 257 (5070): 635–641. doi : 10.1126 / science.1496376 .