Las moléculas de ARN mensajero se tapan con un nucleótido invertido

Enzimas de tapado del ARN mensajero.

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En nuestras células, la transcripción no es un simple proceso de lectura del ADN y construcción de una cadena de ARN complementaria. Casi inmediatamente después de que comience la ARN polimerasa, la célula está realizando cambios. Cuando el ARNm sólo tiene unos 30 nucleótidos, la célula realiza su primer cambio: conecta un nucleótido de guanosina al final. Esta «tapa» es inusual en varios aspectos: la base de guanina está metilada, la conexión está formada por tres fosfatos en lugar del fosfato único normal, y la orientación del nucleótido es opuesta a la conexión normal entre nucleótidos. Esta estructura inusual protege al ARN de las enzimas que digieren los ácidos nucleicos, y también proporciona una señal reconocible para las moléculas que utilizan el ARNm. Más tarde, la célula realizará cambios adicionales en el ARNm en crecimiento, añadiendo una cadena de nucleótidos de adenosina en el otro extremo, y luego empalmando las regiones que no codifican proteínas.

Poniendo la tapa

Las tapas del ARN mensajero se hacen en tres pasos, cada uno realizado por una enzima diferente. El nuevo ARNm tiene tres fosfatos al final, por lo que el primer paso es cortar uno. A continuación, la segunda enzima une el GMP al nuevo extremo difosfatado, creando el inusual enlace trifosfato y la orientación invertida. Por último, una tercera enzima metila la base de guanina, haciéndola aún más reconocible.Sorprendentemente, estas enzimas están unidas a una larga cola fosforilada de la ARN polimerasa, por lo que se mantienen en el lugar exacto para modificar un nuevo ARNm a medida que se transcribe.

Capping en acción

Aquí se muestran las tres enzimas. El complejo mostrado aquí en la parte superior es de levadura (entrada PDB 3kyh ),e incluye las dos primeras enzimas. Las dos subunidades del centro (en azul) realizan la reacción de recorte, y las dos subunidades de cada lado (en verde) realizan la transferencia de nucleótidos. En nuestras propias células, una larga cadena de proteínas con dos enzimas conectadas realiza estas dos reacciones. La enzima inferior (entrada PDB 1ri1 ) lleva a cabo la reacción de metilación.

Quitando la tapa

Enzimas de descapado del ARN mensajero.

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Cuando las células terminan con su ARNm, necesitan reciclarlo. Para ello, tienen que quitar la tapa, para que las enzimas que digieren el ARN puedan ponerse a trabajar. Aquí se muestran dos enzimas de descifrado. A la izquierda está Dcp1/Dcp2 (entrada PDB 2qkm), un complejo enzimático que reconoce el ARNm viejo u obsoleto y corta la tapa, permitiendo el acceso a las enzimas que mastican los nucleótidos del extremo. A la derecha se muestra una enzima «scavenger» que elimina la tapa del ARN que ha sido cortado en pedazos por los exosomas (entrada PDB 1st0).

Explorando la estructura

• Imagen
• JSmol 1

La enzima de adición de GMP se abre y se cierra durante su complicada reacción. Realiza la reacción en dos pasos. Primero encuentra una molécula de GTP, se cierra alrededor de ella y une el nucleótido a uno de sus propios aminoácidos de lisina. A continuación, se abre y libera el pirofosfato que retiró del GTP, y se cierra alrededor del extremo del ARNm, realizando la reacción de transferencia de nucleótidos. Tras estos dos pasos, vuelve a abrirse para liberar el ARNm tapado. Los investigadores han capturado una forma viral de la enzima en varios de estos pasos (entradas PDB 1ckm ,1ckn y1cko ).Haga clic en la imagen para ver un Jmol interactivo que muestra las estructuras.

Temas para una mayor discusión

1. Las entradas PDB(3rtx y1p16)muestran una pequeña porción de la cola C-terminal de la ARN polimerasa unida a una enzima de tapado.
2. El ligando en la entrada PDB1ckois un análogo del ARNm tapado. Observe detenidamente la estructura y determine qué parte del ligando es el nucleótido añadido y qué parte representa el ARNm.

Recursos relacionados con el PDB-101

• Más información sobre el tapado del ARN mensajero
• Busque la síntesis de proteínas

1. A. Ghosh y C. D. Lima (2010) Enzymology of RNA cap synthesis. Wiley Interdisciplinary Reviewsof RNA 1, 152-172.

Enero de 2012, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2012_1

Acerca de la Molécula del Mes

La Molécula del Mes de la RCSB PDB de David S. Goodsell (The Scripps Research Institute y el PDB del RCSB) presenta breves relatos sobre moléculas seleccionadas del Banco de Datos de Proteínas. Cada entrega incluye una introducción a la estructura y la función de la molécula, una discusión sobre la relevancia de la molécula para la salud y el bienestar humanos, y sugerencias sobre cómo los visitantes pueden ver estas estructuras y acceder a más detalles. Más