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Una enzima "exquisitamente diseñada" que mantiene los componentes básicos del ADN

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Es hora de la máquina molecular, y hoy vamos a estar buscando en una particularmente increíble. Es esencial, es "evolutivamente antigua", y es única. Esta máquina, denominada ribonucleótido reductasa, o RNR para abreviar, es una belleza. Noticias de MIT explica que su vida depende de esta máquina:

La supervivencia celular depende de tener una piscina abundante y equilibrada de los bloques de construcción de cuatro químicas que componen el ADN - el deoxiadenosina desoxirribonucleósidos, desoxiguanosina, desoxicitidina y timidina, a menudo abreviado como A, G, C y T. Sin embargo, si demasiados de estos componentes se acumulan, o si su relación habitual es interrumpido, que puede ser mortal para la célula.
Un nuevo estudio de los químicos del MIT arroja luz sobre un misterio de larga data: cómo una sola enzima conocida como la ribonucleótido reductasa (RNR) genera estos cuatro bloques de construcción y mantiene el equilibrio correcto entre ellos.[Énfasis añadido.]

La imagen muestra la máquina compleja con los sitios activos que, precisamente, se ajustan a los cuatro bloques de construcción diferentes. Su trabajo es tomar los ribonucleótidos que componen el ARN y los convierten en los desoxirribonucleótidos que componen el ADN.

"No hay otra enzima que realmente puede hacer que la química", dice ella. "Es el único, y es muy diferente a la mayoría de las enzimas y tiene un montón de características muy inusuales".

A fin de que las partes móviles de la máquina para trabajar, uno de los varios "moléculas efectoras" tiene que encajar en su lugar especial, como una llave que abre un pestillo. Esto hace que la enzima para abrir un sitio activo "distante" y dejar que el bloque apropiado edificio ARN. Luego, la enzima engancha en su lugar para su funcionamiento.

Dependiendo de cuál de estos efectores está unido al sitio regulador distante, el sitio activo puede acomodar uno de los cuatro sustratos ribounucleotide. Efector promueve la unión de cierre de una parte de la proteína sobre el sitio activo como un pestillo para bloquear en el sustrato. Si la base es incorrecta en el sitio activo, el pestillo no puede cerrar y el sustrato se difundirá a cabo.
"Está exquisitamente diseñado de modo que si usted tiene el sustrato mal en no, no se puede cerrar el sitio activo", dice Drennan."Es un muy elegante conjunto de movimientos que permite este tipo de proceso de selección molecular".

Esta máquina de cuatro-en-uno lleva en cuatro formas diferentes dependiendo de si el nucleótido de ARN es A, G, C o U. Se envía de ADN de cuatro, A, G, C y T con el azúcar desoxirribosa apropiada en lugar de ribosa (en sustitución de un radical con un átomo de hidrógeno, una reacción "reducción" OH). Pero eso no es todo esta máquina increíble lo hace:

Los efectores también pueden apagar por completo la producción,mediante la unión a un sitio completamente diferente sobre la enzima, si el conjunto de bloques de construcción se está haciendo demasiado grande.

RNR es una multi-herramienta, si alguna vez hubo uno. Los efectores, los sustratos y los sitios activos están estrechamente adaptados a la operación a mano, ya sea la generación de más bloques de construcción de ADN o la regulación de su suministro en la célula. Un documento de la Revisión Anual de Bioquímica (2007) pone de esta manera:

Una intrincada interacción entre la activación de genes, la inhibición de la enzima, y la degradación de proteína regula, junto con los efectos alostéricos, la actividad enzimática y proporciona la cantidad apropiada de desoxinucleótidos para la replicación y reparación del ADN.

Se necesita una gran cantidad de nuevos bloques de construcción para la reparación y la replicación. Usted puede ver por qué esta enzima es esencial para una célula cuando se divide o sufre estrés.
La noticia se ha mencionado un pestillo, pero otro papel a partir de 2015 en el Journal of Biological Chemistry habla de un mecanismo de conmutación:

La ribonucleótido reductasa (RNR) cataliza la reducción de ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos los correspondientes, que se utilizan como bloques de construcción para la replicación y reparación del ADN. Este proceso está estrechamente regulada a través de dos sitios alostéricos, el sitio especificidad (s-site) y el sitio de la actividad global (un sitio). La un sitio reside en un dominio de cono ATP N-terminal que se une dATP o ATP y funciona como un interruptor de encendido / apagado, mientras que el compuesto s-sitio se une ATP, dATP, dTTP, dGTP o y determina qué sustrato para reducir.

Es como un robot quirúrgico que tiene una pinza con un interruptor de encendido y apagado. El interruptor (efector) se convierte en la máquina, la apertura del sitio activo distante y dejando que el sustrato apropiado. La enzima a continuación, abrazaderas hacia abajo sobre el sustrato y "reduce" que mediante la sustitución del radical con un hidrógeno de oxígeno. Cuando se libera, el bloque de construcción de ADN está listo para su uso, el efector conmuta la máquina, y la enzima está listo para la siguiente operación.
De alguna manera, cuando hay demasiados bloques de construcción que flotan alrededor de la celda, un efector se une a un sitio activo diferente, la desactivación de la máquina. Es asombroso cómo cada parte parece saber lo que se necesita y cómo proporcionar la misma. Esto implica la retroalimentación desde el núcleo, donde los genes responden a la oferta, ya sea el bloqueo de las enzimas RNR o hacer más de ellos.
Catalina Drennan en el equipo del MIT llama esta enzima "evolutivamente antigua" y especula sobre su origen.

Desoxirribonucleótidos se generan a partir ribonucleótidos, que son los bloques de construcción de ARN - moléculas que llevan a cabo muchas funciones importantes en la expresión génica. RNR, que cataliza la conversión de ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos,es un antiguo evolutivamente enzima que puede haber sidoresponsable de la conversión de las primeras formas de vida, que se basaban en el ARN, en organismos basados ​​en el ADN, dice Drennan.

Ella compra en el escenario "mundo de ARN" para el origen de la vida, una visión que se carga con problemas. RNR es una enzima hecha de proteína. ¿Un mundo de fragmentos de ARN flotantes construir alguna manera este complejo, máquina de proteínas de varias partes antes de que existieran los organismos basados ​​en el ADN? Eso no tiene sentido. Una ribozima con "código" suficiente para RNR misma no estaría increíblemente compleja imaginar formando por casualidad. No tendría forma de traducir ese código en un polipéptido sin un ribosoma, también de ARN y proteínas. Por último, aunque de múltiples milagros una RNR primitiva apareció con sus efectores y comenzó a poner hacia fuera el producto, el "mundo ARN" tendría ni idea de qué hacer con un montón de bloques de construcción de ADN que flotan alrededor. En particular, el papel de Drennan en eLife dice nada acerca de nada de esto. En cambio, elogia el "conjunto elegante de reordenamientos proteínas" realizadas por RNR.

RNR es uno de una multitud de máquinas complejas, altamente específicos, multi-componente con partes móviles. Se encuentra en las bacterias y arqueas hasta el final hasta a los seres humanos más simples, se merece algo mejor que ser tratados como basura esperanzador que surgió por casualidad y encontró un trabajo por accidente. Merece ser honrado como una máquina molecular "exquisitamente diseñada" que realiza una "intrincada interacción" de las funciones vitales a la vida, al igual que un diseñador inteligente podría imaginar, planificar y crear.
Crédito de la imagen: Christina Zimanyi, Percival Yang-Ting Chen, y Catherine Drennan través MIT Noticias.

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