La hidrólisis del ARN es una reacción en la que se rompe un enlace fosfodiéster en la cadena principal de azúcar-fosfato del ARN , lo que escinde 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]
La hidrólisis del ARN ocurre cuando el 2' OH desprotonado de la ribosa, que actúa como un nucleófilo , ataca al fósforo adyacente en el enlace fosfodiéster de la cadena principal 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 separa del oxígeno que lo conecta al azúcar adyacente, lo que resulta en la escisión del éster de la cadena principal del ARN. (Este mecanismo también se conoce como escisión del ARN). Esto produce un fosfato 2',3'-cíclico que luego puede producir un nucleótido 2' o 3' cuando se hidroliza. Este proceso se muestra en la Figura 1. [1]
La hidrólisis o escisión del ARN puede ocurrir espontáneamente, sin la presencia de un catalizador o enzima. Este proceso se conoce como autohidrólisis o reacción de autoescisión. La escisión espontánea en una molécula de ARN es mucho más probable que ocurra cuando es monocatenaria. [2] Las reacciones de autohidrólisis o autoescisión tienen lugar en soluciones básicas, donde los iones 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]
Cuando el ARN es de doble cadena o está involucrado en el apareamiento de bases de nucleótidos, es más estable y la probabilidad de escisión espontánea es significativamente menor. En estos casos, la escisión se realiza mediante enzimas catalíticas . Varias enzimas diferentes catalizan la escisión en sitios específicos de una molécula de ARN. [2]
Una de estas enzimas es la ribonucleasa A (RNasa A), una enzima proteica. La RNasa A contiene histidina en su sitio activo y la utiliza para llevar a cabo la catálisis ácido-base y la escisión del ARN. [2] Ciertos residuos de histidina en el sitio activo actúan como bases para eliminar protones de los hidroxilos 2' de los azúcares ribosa, mientras que otros actúan como ácidos para donar protones al oxígeno 5' de las ribosas adyacentes para convertirlas en mejores grupos salientes. Un residuo de lisina , también en el sitio activo de la RNasa A, estabiliza los átomos de oxígeno con carga negativa 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 en forma de cabeza de martillo , la ribozima del virus de la hepatitis delta (HDV) y la ribozima en 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]
Los investigadores están desarrollando y utilizando diversas aplicaciones para la hidrólisis del ARN que se pueden llevar 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 Hammerhead, en particular, se pueden diseñar de manera que corten un ARN deseado. [3] Estas ribozimas se pueden diseñar para prevenir la expresión de un gen en particular, por ejemplo. [4]
Además de inhibir la expresión génica, las ribozimas de empalme pueden utilizarse para reparar el ARN dañado o defectuoso. Las ribozimas de empalme catalizan el empalme del ARN, eliminando una sección del ARN que contiene una mutación y reemplazándola con ARN que funciona bien. [5] Las ribozimas existentes también pueden modificarse de manera que cambien la reacción o reacciones que cataliza la ribozima. [6]