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Par de bases oscilantes

Pares de bases oscilantes para inosina y guanina

Un par de bases oscilante es un emparejamiento entre dos nucleótidos en moléculas de ARN que no sigue las reglas de pares de bases de Watson-Crick . [1] Los cuatro pares de bases oscilantes principales son guanina - uracilo ( GU ), hipoxantina - uracilo ( IU ), hipoxantina - adenina ( IA ) e hipoxantina - citosina ( IC ). Para mantener la coherencia de la nomenclatura de los ácidos nucleicos, se utiliza "I" para la hipoxantina porque la hipoxantina es la nucleobase de la inosina ; [2] la nomenclatura de otro modo sigue los nombres de las nucleobases y sus nucleósidos correspondientes (p. ej., "G" tanto para guanina como para guanosina , así como para desoxiguanosina ). La estabilidad termodinámica de un par de bases oscilante es comparable a la de un par de bases de Watson-Crick. Los pares de bases oscilantes son fundamentales en la estructura secundaria del ARN y son críticos para la traducción adecuada del código genético .

Breve historia

En el código genético , hay 4 3 = 64 codones posibles (secuencias de tres nucleótidos ). Para la traducción , cada uno de estos codones requiere una molécula de ARNt con un anticodón con el que pueda complementarse de forma estable. Si cada molécula de ARNt se empareja con su codón de ARNm complementario utilizando el apareamiento de bases Watson-Crick canónico, entonces se requerirían 64 tipos de moléculas de ARNt. En el código genético estándar, tres de estos 64 codones de ARNm (UAA, UAG y UGA) son codones de terminación. Estos terminan la traducción uniéndose a factores de liberación en lugar de moléculas de ARNt, por lo que el apareamiento canónico requeriría 61 especies de ARNt. Dado que la mayoría de los organismos tienen menos de 45 tipos de ARNt, ⁣ [3] algunos tipos de ARNt pueden emparejarse con múltiples codones sinónimos, todos los cuales codifican el mismo aminoácido. En 1966, Francis Crick propuso la Hipótesis de Wobble para explicar esto. Postuló que la base 5' del anticodón, que se une a la base 3' del ARNm , no estaba tan confinada espacialmente como las otras dos bases y, por lo tanto, podía tener un emparejamiento de bases no estándar. [4] Crick lo nombró creativamente por la pequeña cantidad de "juego" o bamboleo que ocurre en esta tercera posición del codón. El movimiento ("bamboleo") de la base en la posición 5' del anticodón es necesario para pequeños ajustes conformacionales que afectan la geometría general del emparejamiento de los anticodones del ARNt. [5] [6]

Por ejemplo, el ARNt Phe de levadura tiene el anticodón 5'-GmAA-3' y puede reconocer los codones 5'-UUC-3' y 5'-UUU-3'. Por lo tanto, es posible que el apareamiento de bases no Watson-Crick se produzca en la tercera posición del codón, es decir, el nucleótido 3' del codón del ARNm y el nucleótido 5' del anticodón del ARNt. [7]

Hipótesis del bamboleo

Estas nociones llevaron a Francis Crick a crear la hipótesis del bamboleo, un conjunto de cuatro relaciones que explican estos atributos que ocurren naturalmente.

  1. Las dos primeras bases del codón crean la especificidad de codificación, ya que forman fuertes pares de bases Watson-Crick y se unen fuertemente al anticodón del ARNt.
  2. Al leer de 5' a 3', el primer nucleótido del anticodón (que está en el ARNt y se empareja con el último nucleótido del codón en el ARNm) determina cuántos nucleótidos distingue realmente el ARNt.
    Si el primer nucleótido del anticodón es una C o una A, el emparejamiento es específico y reconoce el emparejamiento original de Watson-Crick, es decir: solo se puede emparejar un codón específico con ese ARNt. Si el primer nucleótido es U o G, el emparejamiento es menos específico y, de hecho, el ARNt puede reconocer indistintamente dos bases. La inosina muestra las verdaderas cualidades del bamboleo, ya que si ese es el primer nucleótido del anticodón, cualquiera de las tres bases del codón original se puede emparejar con el ARNt.
  3. Debido a la especificidad inherente a los dos primeros nucleótidos del codón, si un aminoácido está codificado por múltiples anticodones y esos anticodones difieren en la segunda o tercera posición (primera o segunda posición en el codón), entonces se requiere un ARNt diferente para ese anticodón.
  4. El requisito mínimo para satisfacer todos los codones posibles (61 excluyendo tres codones de terminación) es 32 ARNt, es decir, 31 ARNt para los aminoácidos y un codón de iniciación. [8]

Esquemas de apareamiento de bases de ARNt

Reglas de emparejamiento por oscilación. Los pares de bases Watson-Crick se muestran en negrita . Los paréntesis indican enlaces que funcionan pero que serán menos favorecidos. Una x inicial indica derivados (en general) de la base que sigue.

Importancia biológica

Aparte de la necesidad de bamboleo, que nuestras células tienen una cantidad limitada de ARNt y el bamboleo permite más flexibilidad, se ha demostrado que los pares de bases de bamboleo facilitan muchas funciones biológicas, más claramente demostrado en la bacteria Escherichia coli , un organismo modelo . De hecho, en un estudio del ARNt de E. coli para la alanina hay un par de bases de bamboleo que determina si el ARNt será aminoacilado . Cuando un ARNt alcanza una aminoacilo ARNt sintetasa , el trabajo de la sintetasa es unir el ARN en forma de T con su aminoácido. Estos ARNt aminoacilados pasan a la traducción de una transcripción de ARNm, y son los elementos fundamentales que se conectan al codón del aminoácido. [1] La necesidad del par de bases de bamboleo se ilustra a través de la experimentación donde el apareamiento Guanina-Uracilo se cambia a su apareamiento natural Guanina-Citosina. Los oligorribonucleótidos se sintetizaron en un Gene Assembler Plus y luego se extendieron a través de una secuencia de ADN que se sabe que codifica un ARNt para alanina; luego se realizan RMN 2D en los productos de estos nuevos ARNt y se comparan con los ARNt tambaleantes. Los resultados indican que con ese par de bases tambaleantes cambiado, la estructura también cambia y ya no se puede formar una hélice alfa . La hélice alfa era la estructura reconocible para la aminoacil ARNt sintetasa y, por lo tanto, la sintetasa no conecta el aminoácido alanina con el ARNt para alanina. Este apareamiento de bases tambaleantes es esencial para el uso del aminoácido alanina en E. coli y su importancia aquí implicaría importancia en muchas especies relacionadas. [10] Se puede ver más información sobre la aminoacil ARNt sintetasa y los genomas del ARNt de E. coli en los enlaces externos, Información sobre las aminoacil ARNt sintetasas y Base de datos genómica de ARNt .

Véase también

Notas al pie

  1. ^ Estas relaciones se pueden observar con más detalle, así como los codones y anticodones completos en el marco de lectura correcto en: SBDR (2008-04-15). "Código genético y traducción de aminoácidos". Sociedad para la investigación biomédica en diabetes . Archivado desde el original el 2014-11-04 . Consultado el 2014-09-14 .Para una visión moderna de los emparejamientos, véase doi:10.1093/nar/gkh185.

Referencias

  1. ^ ab Campbell, Neil; Reece, Jane B. (2011). Biología (novena edición). Boston: Benjamin Cummings. págs. 339–342. ISBN 978-0321558237.
  2. ^ Kuchin, Sergei (19 de mayo de 2011). "Cubrir todas las bases de la genética: abreviaturas y diagramas simples para enseñar apareamiento de bases a estudiantes de grado en biología". Journal of Microbiology & Biology Education . 12 (1): 64–66. doi :10.1128/jmbe.v12i1.267. PMC 3577215 . PMID  23653747. Archivado desde el original el 17 de octubre de 2013. El nombre correcto de la base en la inosina (que es un nucleósido) es hipoxantina, sin embargo, para mantener la coherencia con la nomenclatura de los ácidos nucleicos, la abreviatura [I] es más apropiada... 
  3. ^ Lowe, Todd; Chan, Patricia (18 de abril de 2011). «Base de datos genómica de ARNt». Universidad de California, Santa Cruz . Archivado desde el original el 30 de mayo de 2015. Consultado el 31 de octubre de 2015 .
  4. ^ Crick, FHC (agosto de 1966). «Codon—anticodon pairing: The wobble theory» (PDF) . Journal of Molecular Biology . 19 (2): 548–555. CiteSeerX 10.1.1.693.2333 . doi :10.1016/S0022-2836(66)80022-0. PMID  5969078. Archivado (PDF) desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 31 de octubre de 2015 . 
  5. ^ Mathews, Christopher K.; Van Holde, KE; Appling, Dean; et al., eds. (2012). Bioquímica (4.ª ed.). Toronto: Prentice Hall. pág. 1181. ISBN 978-0-13-800464-4.
  6. ^ Voet, Donald; Voet, Judith (2011). Bioquímica (4ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons. págs. 1360-1361. ISBN 9780470570951.
  7. ^ Varani, Gabriele; McClain, William H (julio de 2000). "El par de bases de oscilación G·U". EMBO Reports . 1 (1): 18–23. doi :10.1093/embo-reports/kvd001. PMC 1083677 . PMID  11256617. 
  8. ^ Cox, Michael M.; Nelson, David L. (2013). "Metabolismo proteico: el tambaleo permite que algunos ARNt reconozcan más de un codón". Principios de bioquímica de Lehninger (6.ª ed.). Nueva York: WH Freeman. págs. 1108-1110. ISBN 9780716771081. Recuperado el 31 de octubre de 2015 .
  9. ^ Murphy IV, Frank V; Ramakrishnan, V (21 de noviembre de 2004). "Estructura de un par de bases oscilantes purina-purina en el centro de decodificación del ribosoma". Nature Structural & Molecular Biology . 11 (12): 1251–1252. doi :10.1038/nsmb866. PMID  15558050. S2CID  27022506.
  10. ^ Limmer, S.; Reif, B.; Ott, G.; Arnold, L.; Sprinzl, M. (1996). "Evidencia de RMN de modificaciones de la geometría de la hélice por un par de bases GU wobble en el brazo aceptor de ARNt(Ala) de E. Coli". FEBS Letters . 385 (1–2): 15–20. Bibcode :1996FEBSL.385...15L. doi : 10.1016/0014-5793(96)00339-0 . PMID  8641457.

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