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Un dímero de la ribozima VS de Neurospora . Monómero 1 en blanco, monómero 2 en gris. Iones de magnesio en amarillo, iones de potasio en violeta ( PDB : 4r4v )

La ribozima satélite Varkud (VS) es una enzima de ARN que lleva a cabo la escisión de un enlace fosfodiéster . [1] [2]

Introducción [ editar ]

Satélite Varkud (VS) de ribozima es la mayor ribozima nucleolítica conocido y se encontró que incrustado en VS RNA . El ARN VS es un ARN largo no codificante que existe como ARN satélite y se encuentra en las mitocondrias de Varkud-1C y en algunas otras cepas de Neurospora . La ribozima VS contiene características tanto de los ARN catalíticos como de los intrones del grupo 1 . [3] La ribozima VS tiene actividad tanto de escisión como de ligación y puede realizar reacciones de escisión y ligación de manera eficiente en ausencia de proteínas. La ribozima VS experimenta una transferencia genética horizontal con otras cepas de Neurospora . [4] Las ribozimas VS no tienen nada en común con otras ribozimas nucleolíticas.

VS RNA tiene una estructura primaria, secundaria y terciaria única. La estructura secundaria de la ribozima VS consta de seis dominios helicoidales (Figura 1). El tallo bucle I forma el dominio del sustrato mientras que el tallo-bucle II-VI forma el dominio catalítico. Cuando estos 2 dominios se sintetizan in vitro por separado, pueden realizar la reacción de autoescisión actuando en trans [5]. El sustrato se une en una hendidura formada por dos hélices. El probable sitio activo de la ribozima es un nucleótido A756 muy importante. El bucle A730 y el nucleótido A756 son fundamentales para su función, ya que participan en la actividad química de transferencia fosfórica de la ribozima [6].

El origen [ editar ]

VS RNA se transcribe como multimérica transcripción de VS ADN . VS DNA contiene una región que codifica la transcriptasa inversa necesaria para la replicación del VS RNA. Una vez transcrito, el ARN de VS sufre una escisión específica del sitio. El ARN de VS se autoescinde en un enlace fosfodiéster específico para producir una transcripción monomérica y pocas multiméricas. Estas transcripciones luego se someten a una autoligación y forman un ARN VS circular. [7] Este ARN VS circular es la forma predominante de VS que se encuentra en Neurospora . La ribozima VS es un pequeño motivo catalítico incrustado dentro de este ARN VS circular. La mayor parte del ARN del VS se compone de 881 nucleótidos [7].

Estructura de la ribozima [ editar ]

Estructura terciaria de VS ribozima. Bucles numerados, con hélices de pares de bases en rojo. ( PDB : 4r4v )

En el estado natural, un motivo de ribozima VS contiene 154 nucleótidos que se pliegan en seis hélices. Su ARN contiene un elemento de auto-escisión que se cree que actúa en el procesamiento de intermedios producidos a través del proceso de replicación . [8] La estructura en forma de H de la ribozima está organizada por dos uniones de tres vías que determinan el pliegue general de la ribozima. Una característica única de la estructura de la ribozima es que incluso si se eliminaran la mayor parte de la hélice IV y el extremo distal de la hélice VI, no habría una pérdida significativa de actividad [9].Sin embargo, si se cambiaran las longitudes de la hélice III y V, habría una pérdida importante de actividad. Los abultamientos de la base de la ribozima, hélices II y IV tienen papeles estructurales muy importantes ya que reemplazarlos por otros nucleótidos no afecta su actividad. Básicamente, la actividad de la ribozima VS depende en gran medida de la secuencia local de las dos uniones de tres vías. La unión de tres vías presente en la ribozima VS es muy similar a la que se observa en la subunidad pequeña (23S) del ARNr. [9]

El sitio activo de la ribozima [ editar ]

Los sitios activos de la ribozima se pueden encontrar en las uniones helicoidales, las protuberancias y las longitudes de las hélices críticas, las que son III y V.Hay un área importante que se encuentra en el bucle interno de la hélice VI llamada A730, un solo cambio de base en este bucle conduciría a una disminución de la pérdida de actividad de escisión, pero no se producirían cambios significativos en el plegamiento de la ribozima. Otras mutaciones que afectan la actividad de la ribozima son la metilación, supresión de iones de manganeso tiofílico en el sitio A730 [10].

Posible mecanismo catalítico [ editar ]

El bucle A730 es muy importante en la actividad catalítica de la ribozima. La ribozima funciona como una estación de acoplamiento donde acoplará el sustrato en la hendidura entre las hélices II y VI para facilitar una interacción entre el sitio de escisión y el bucle A730. Esta interacción crea un entorno en el que la catálisis puede proceder de una manera similar a las interacciones observadas en la ribozima de horquilla . Dentro del bucle A730, una sustitución de A756 por G, C o U conducirá a una pérdida de 300 veces de la actividad de escisión y ligación.

La prueba de que el bucle A730 es el sitio activo de la ribozima VS es muy evidente y que A756 juega un papel importante en su actividad. La reacción de escisión funciona mediante un mecanismo de reacción S N 2. El ataque nucleofílico del oxígeno 2 'sobre el fosfato 3' creará un fosfato cíclico 2'3 'por la salida del oxígeno 5'. La reacción de ligación ocurre a la inversa en la que el oxígeno 5 'ataca al fosfato 3' del fosfato cíclico. [11]La forma en que ambas reacciones se facilitan es mediante catálisis ácido-base general que refuerza el nucleófilo del oxígeno al eliminar las proteínas unidas y estabilizar los grupos salientes del oxianión mediante protonación. También es importante agregar que si un grupo se comporta como una base en la reacción de escisión, entonces debe actuar como un ácido en la reacción de ligación. Los iones metálicos solvatados actúan en la catálisis ácido-base general, donde los iones metálicos pueden actuar como un ácido de Lewis que polariza los átomos de fosfato de oxígeno. Otro factor importante en la velocidad de la reacción de ligación es la dependencia del pH que corresponde a un pKa de 5,6, que no es un factor en la reacción de escisión. Esta dependencia particular requiere una base protonada en la posición A756 de la ribozima.

Otra estrategia catalítica propuesta es la estabilización de un fosfato pentavalente del estado de transición de la reacción. Este mecanismo probablemente implicaría la formación de enlaces de hidrógeno como se ve en la ribozima en horquilla [12]. Además, la proximidad de los grupos de sitios activos entre sí y su orientación en el espacio contribuiría al mecanismo catalítico que tiene lugar. Esto podría acercar el estado de transición y el sustrato para que ocurra la reacción de legación.

Catalizadores [ editar ]

Una concentración muy alta de catión bivalente y monovalente aumenta la eficacia de la reacción de escisión. Estos cationes facilitan el emparejamiento de bases de la ribozima con el sustrato. [3] La velocidad de escisión del VS puede acelerarse mediante una alta concentración de cationes, así como aumentando la concentración de ARN. Por lo tanto, una concentración baja de cualquiera de estos limita la velocidad. Se considera que el papel de los cationes es neutralizar la carga en el plegamiento del ARN en lugar de actuar como catalizador.

Hipótesis para la evolución de VS Ribozima [ editar ]

1. Un fósil molecular del mundo del ARN que ha conservado las funciones de escisión y ligación.

2. VS Ribozyme adquirió posteriormente una o más de sus actividades enzimáticas.

La escisión y ligación mediadas por ARN se encuentran en los ARN autoempalmes del grupo 1 y del grupo 2. El ARN de VS contiene muchas características de secuencia conservadas para los intrones del grupo 1. Sin embargo, el sitio de empalme de la ribozima VS es diferente del sitio de corte y empalme del intrón del grupo 1 y el sitio de autoescisión de la ribozima VR está fuera del núcleo del intrón del grupo 1. En la reacción de escisión, la ribozima VS produce 2 ', 3' -fosfato cíclico y los intrones del grupo 1 producen 3'-hidroxilo. La similitud funcional con los intrones del grupo 1 y luego ser diferentes mecánicamente de los intrones apoyan esta hipótesis de que la ribozima VS es una quimera formada por la inserción de un ARN catalítico novedoso en los intrones del grupo 1. [1] [2]

Enlaces externos [ editar ]

  • Secuencia de nucleótidos y anotación del ADN del VS que codifica la ribozima del VS (en el sitio web del Centro Nacional de Información Biotecnológica )

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Saville BJ, Collins RA (1990). "Una reacción de auto-escisión específica del sitio realizada por un nuevo ARN en Neurospora ribozymes". Celular . 61 (4): 685–696. doi : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90480-3 . PMID  2160856 .
  2. ↑ a b Lilley DM (febrero de 2004). "La ribozima satélite Varkud" . ARN . 10 (2): 151-158. doi : 10.1261 / rna.5217104 . PMC 1370526 . PMID 14730013 .  
  3. ^ a b Walter, Nils G; Burker, John M. (1998). "La ribozima en horquilla: estructura, ensamblaje y catálisis". Opinión actual en biología química . 2 (1): 24–30. doi : 10.1016 / S1367-5931 (98) 80032-X . PMID 9667918 . 
  4. ^ Saville, Barry J .; Collins, Richard A. (mayo de 1990). "Una reacción de auto-escisión específica del sitio realizada por un nuevo ARN en mitocondrias de neurospora". Celular . 61 (4): 685–696. doi : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90480-3 . PMID 2160856 . 
  5. ^ Hoffmann, B; Mitchell, GT; Gendron, P; Mayor, F; Andersen, AA; Collins, RA; Legault, P (10 de junio de 2003). "Estructura de RMN de la conformación activa del sitio de escisión de ribozima satélite Varkud" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (12): 7003–7008. doi : 10.1073 / pnas.0832440100 . PMC 165820 . PMID 12782785 .  
  6. ^ Jones, Fatima D .; Strobel, Scott A. (2003). "Ionización de un residuo crítico de adenosina en el sitio activo de ribozima satélite Varkud". Bioquímica . 42 (14): 4265–4276. doi : 10.1021 / bi020707t . PMID 12680781 . 
  7. ↑ a b Hollenberg, MD (1979). Factor de crecimiento epidérmico-urogastrona, un polipéptido que adquiere un estado hormonal . Vitaminas y hormonas. 37 . Nueva York. págs. 69-110. doi : 10.1016 / s0083-6729 (08) 61068-7 . ISBN 978-0-12-709837-1. PMID  398091 .
  8. ^ Kennell, JC (1 de febrero de 1995). "El ARN catalítico de VS se replica por transcripción inversa como satélite de un retroplasmido" . Genes Dev . 9 (3): 294-303. doi : 10.1101 / gad.9.3.294 . PMID 7532606 . 
  9. ↑ a b Lafontaine, DA (15 de mayo de 2002). "La estructura global de la ribozima VS" . El diario EMBO . 21 (10): 2461–2471. doi : 10.1093 / emboj / 21.10.2461 . PMC 126006 . PMID 12006498 .  
  10. ^ Sood, VD (2 de octubre de 1998). "Identificación de grupos fosfato implicados en la unión de metales e interacciones terciarias en el núcleo de la ribozima Neurospora VS". Revista de Biología Molecular . 282 (4): 741–750. doi : 10.1006 / jmbi.1998.2049 . PMID 9743623 . 
  11. ^ McLeod, Aileen C .; Lilley, David MJ (2004). "Ligación de ARN eficiente, dependiente del pH por la ribozima VS en Trans" . Bioquímica . 43 (4): 1118–1125. doi : 10.1021 / bi035790e . PMID 14744158 . Consultado el 15 de octubre de 2014 . 
  12. ^ Rupert, Peter; Massey, Archna; Sigurdsson, Snorri; Ferré-D'Amaré, Adrian (10 de octubre de 2002). "Estabilización del estado de transición por un ARN catalítico". Ciencia . 298 (5597): 1421-1424. doi : 10.1126 / science.1076093 . PMID 12376595 .