La ribonucleasa E es una ribonucleasa bacteriana que participa en el procesamiento del ARN ribosómico (ARNr de 9S a 5S) y en la degradación química del ARN celular a granel.
Ribonucleasa E | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.1.26.12 | |||||||
No CAS. | 76106-82-6 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
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Localización celular
Se sugirió que la RNasa E era parte del complejo proteico de la membrana celular, ya que sedimenta con ribosomas y membranas crudas. La microscopía ha localizado la RNasa E etiquetada en la membrana citoplasmática interna o en una estructura citoesquelética helicoidal estrechamente asociada con la capa interna.
Estructura proteica
Esta enzima contiene 1061 residuos y se separa en dos regiones funcionales distintas, que son un gran dominio ubicado en el extremo 5 'N-terminal y un pequeño dominio ubicado en el extremo 3' C-terminal. [1] Mientras que la mitad N-terminal forma un dominio catalítico, la mitad C-terminal forma un dominio de andamiaje del degradosoma [2] . Un bolsillo de unión a metales los separa en medio de la estructura de la proteína RNasa E. [3] Aunque la formación de degradosomas no juega un papel clave para el crecimiento de E. coli, [4] [5] [6] se ha encontrado que la eliminación de la mitad C-terminal disminuye la tasa de descomposición de algunos sustratos de RNasa E. [7] [8]
La ribonucleasa E funciona en conformación tetramérica, que contiene cuatro subunidades asociadas entre sí para crear una estructura que parece dos tijeras conectadas en la región del mango. La hoja de la tijera está hecha de un dominio grande y el mango está hecho de un dominio pequeño. En el sitio catalítico del dominio grande, hay cuatro subdominios que incluyen un subdominio RNasa H, un subdominio DNasa I, un subdominio S1 y una región de detección 5 '. Estas cuatro subunidades se dividen en función de su función y similitud con los pliegues estructurales homólogos. La RNasa H se encuentra al comienzo del N-terminal y recibe el nombre de la familia de endoribonucleasas RNasa H, ya que comparten una estructura similar; sin embargo, la RNasa H sirve como función estructural en lugar de función catalítica porque carece de residuo de sitio activo. [9] [10] A continuación, el subdominio S1 y la región de detección 5 'se implantan en el pliegue de RNasa H. El dominio RNase E S1 adopta un pliegue OB en el que se unen bucles flexibles a un núcleo de barril β de cinco hebras bien ordenado . [11] En la ribonucleasa E, el dominio S1 no solo ayuda en la formación de la estructura cuaternaria tetramérica por dimerización, sino que también sirve como un sitio de unión al sustrato para facilitar la hidrólisis del ARN por los dominios catalíticos dentro de esta enzima tetramérica. [12] [11] Con el subdominio S1, la región de detección 5 'funciona como un sitio de unión al sustrato que ayuda a estabilizar la molécula de ARN diana en una subunidad para que la otra subunidad dentro de un dímero pueda escindir el ARN de interés. [11] La región de detección 5 'ubicada a una distancia del sitio catalítico, que reside en el subdominio DNasa I. El último subdominio del sitio catalítico de la RNasa E es la DNasa I, que recibe su nombre por su similitud conformacional con una estructura de endonucleasa que escinde el ADN de doble hebra. [9] En la ribonucleasa E, el subdominio de la DNasa I se autocomplementa para dominar la interfaz del dímero. [10] [11] Además, hay dos sitios de unión de iones de magnesio que median la escisión por ataque hidrolítico de la estructura del ARN y dos sitios de unión de iones de zinc que ayudan en la estabilización de un dímero formado por dos subunidades. [3]
Función
La endoribonucleasa E de Escherichia coli tiene una influencia significativa en la expresión génica. No solo es esencial para la maduración del ARN ribosómico (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt), sino también para la rápida degradación del ARN mensajero [13] (ARNm) por reacción de hidrólisis .
En la maduración del precursor de rRNA , los sustratos para el procesamiento no son RNA desnudos sino complejos de proteína pre-rRNA-ribosomal algo incompletos y no modificados. Tanto los ARNr pre 16S como los pre 23S son escindidos del complejo primario ARN-proteína por la ARNasa III , que activa los pasos subsiguientes en la maduración del ARNr generando productos de escisión 5 'monofosforilados. La ARNasa E acorta aún más el precursor 17S del ARNr 16S . Esta acción ayuda a facilitar la maduración 5 'del ARNr por la ARNasa G [14] y hace dos escisiones para eliminar el ARNr pre-5S. En el caso de los ARNt , aproximadamente 50 de las 86 especies de ARNt en E. coli requieren ARNasa E. La ribonucleasa E escinde los transcritos primarios que contienen ARNt en el extremo 3 'de los ARNt. Estas escisiones sirven para separar precursores de ARNt individuales y para separar ARNt de ARNm o secuencias terminadoras. La función principal de la ribonucleasa E es escindir en un sitio más allá del extremo 3 'maduro para permitir el acceso de exonucleasas 3'. [15] [16]
En la degradación del ARNm, la ribonucleasa E reconoce y escinde el ARN monocatenario en las regiones ricas en A y U. [9] El dominio catalítico de la ARNasa E se une selectivamente a los extremos del ARN 5'-monofosfato pero tiene un modo de escisión en la dirección 3 'a 5'. La ARNasa E puede identificar sitios de escisión mediante un mecanismo de exploración de 3 'a 5'. [17] El anclaje de la RNasa E al extremo 5'-monofosforilado de estos sustratos orienta la enzima para las escisiones direccionales que ocurren en un modo procesivo. En ausencia de ARN, el subdominio S1 y el sitio de detección 5 'de la ARNasa E están expuestos al disolvente circundante, lo que permite que el ARN se una fácilmente. En presencia de ARN, el ARN objetivo se une al subdominio S1 combinado y al sensor 5 'en la configuración abierta. El ARN está anclado principalmente por la afinidad de unión del sensor 5 'y orientado por el parche de superficie hidrófobo en el subdominio S1. Mientras que el subdominio S1 actúa para orientar la molécula, el bolsillo sensor 5 'probablemente contribuye con una parte significativa de la afinidad de unión al sustrato. Estos dos sitios contienen el ARN mientras que el subdominio de fusión 5 / S1 se mueve como un solo complejo en la configuración cerrada. Acerca el sustrato al sitio catalítico donde un grupo hidroxilo ataca la cadena principal de fosfato mediante una reacción de ataque nucleofílico . Esta respuesta está mediada por iones de magnesio. Cuando el ARN de interés se escinde y los productos de la reacción se liberan finalmente, la ARNasa E vuelve a la configuración abierta. Además, la ARNasa E puede autorregularse por lo que el ARNm de la ribonucleasa E sirve como sensor de la actividad de la ARNasa E celular total y, por lo tanto, limita la actividad de la ARNasa E debido a la disponibilidad de sustratos y los cambios en la tasa de crecimiento. [2]
Comparación de ribonucleasa E de E. coli y otros organismos
Basándose en el alineamiento de secuencias de diferentes bacterias correlacionadas con la ribonucleasa E de Escherichia coli , parece que aproximadamente el 70% de las secuencias están muy conservadas al comienzo de las secuencias y mal conservadas hacia el final de las secuencias. Al comparar las secuencias de los otros cinco organismos con la secuencia de la ribonucleasa E, parece que la mayoría de las secuencias comparten los mismos residuos en el N-terminal, ya que el miembro de la familia de las ribonucleasas E / G tiene la misma función de hidrolización. [10] En otras palabras, el gran dominio catalítico del miembro de la familia de las ribonucleasas E / G es casi el mismo. Por el contrario, el dominio estructural pequeño, que se encuentra en el extremo C-terminal , varía para diferentes organismos, ya que el dominio pequeño contiene una secuencia estructural que sirve como andamiaje para otras enzimas. [3] [10] Por ejemplo, la ribonucleasa E que se encuentra en Cedecea davisae proviene del gen S3JYP0. [18] Al observar la estructura de la ribonucleasa E en Cedecea davisae , el dominio catalítico contiene un motivo S1 ubicado en el residuo 31-119 en la secuencia y un sitio de unión al metal ubicado en el residuo 404-407 en las secuencias que son iguales posición como dominio S1 y dominio de unión a metales en la RNasa E de Escherichia coli . [18]
Historia evolutiva
Familia de proteínas ribonucleasas (RNasas) implicadas principalmente en el metabolismo del ARN , desempeñando papeles esenciales en la maduración del ARN, el recambio final del ARN y la degradación de ARN aberrantes o especies caducadas en la célula. [19] Se clasifican en exoribonucleasas y endoribonucleasas en función de sus actividades degradativas. La ribonucleasa E (RNasa E) se descubrió inicialmente como una endoribonucleasa de la cepa K12 de Escherichia coli . Con base en el análisis de la secuencia de ADN, se predijo la existencia de ortólogos de RNasa E de E. coli entre docenas de especies bacterianas evolutivamente diferentes. En E. coli, la enzima ribonucleasa E desempeña un papel esencial en el control de la viabilidad celular mediante la regulación del metabolismo del ARN, como la descomposición de la mayoría de los ARNm y activa el procesamiento de pre-ARNt. [20] Además de la función degradativa, RNasa E es necesaria para la maduración de los precursores de 5S ribosomal RNA , tRNAs , y el componente de ARN M1 de la RNasa P ribozima . [20] [3]
Referencias
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enlaces externos
- Ribonuclease + E en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Encabezados de temas médicos (MeSH)