Par de bases oscilantes - Wobble base pair
Un par de bases oscilantes es un emparejamiento entre dos nucleótidos en moléculas de ARN que no sigue las reglas de pares de bases de Watson-Crick . Los cuatro pares de bases de oscilación principales son guanina - uracilo ( GU ), hipoxantina - uracilo ( IU ), hipoxantina - adenina ( IA ) e hipoxantina - citosina ( IC ). Para mantener la consistencia de la nomenclatura de los ácidos nucleicos, se usa "I" para la hipoxantina porque la hipoxantina es la base nucleica de la inosina ; de lo contrario, la nomenclatura sigue los nombres de las nucleobases y sus nucleósidos correspondientes (por ejemplo, "G" para guanina y guanosina , así como para desoxiguanosina ). La estabilidad termodinámica de un par de bases oscilantes 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 fundamentales para la traducción adecuada del código genético .
Breve historia
En el código genético , hay 4 3 = 64 codones posibles (3 secuencias de nucleótidos ). Para la traducción , cada uno de estos codones requiere una molécula de ARNt con un anticodón con el que se pueda complementar de manera estable. Si cada molécula de ARNt se empareja con su codón de ARNm complementario utilizando el emparejamiento de bases de Watson-Crick canónico, se necesitarían 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 al unirse a factores de liberación en lugar de moléculas de ARNt, por lo que el emparejamiento canónico requeriría 61 especies de ARNt. Dado que la mayoría de los organismos tienen menos de 45 tipos de tRNA, algunos tipos de tRNA pueden emparejarse con múltiples codones sinónimos, todos los cuales codifican el mismo aminoácido. En 1966, Francis Crick propuso la hipótesis del bamboleo para dar cuenta de esto. Postuló que la base 5 ' en el anticodón, que se une a la base 3' en el ARNm , no estaba tan confinada espacialmente como las otras dos bases y, por lo tanto, podría tener un apareamiento de bases no estándar. Crick lo nombró creativamente por la pequeña cantidad de "juego" o oscilación que se produce en esta posición del tercer codón. El movimiento ("oscilación") de la base en la posición del anticodón 5 'es necesario para pequeños ajustes conformacionales que afectan la geometría de apareamiento general de los anticodones del ARNt.
Como ejemplo, el ARNt de levadura Phe tiene el anticodón 5'-GmAA-3 'y puede reconocer los codones 5'-UUC-3' y 5'-UUU-3 '. Por lo tanto, es posible que se produzca un apareamiento de bases distintas de Watson-Crick en la posición del tercer codón, es decir, el nucleótido 3 ' del codón del ARNm y el nucleótido 5' del anticodón del ARNt.
Hipótesis del bamboleo
Estas nociones llevaron a Francis Crick a la creación de la hipótesis del bamboleo, un conjunto de cuatro relaciones que explican estos atributos naturales.
- Las dos primeras bases del codón crean la especificidad de codificación, ya que forman pares de bases de Watson-Crick fuertes y se unen fuertemente al anticodón del tRNA.
- 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 un C o un 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 tRNA puede reconocer indistintamente dos bases. La inosina muestra las verdaderas cualidades de la oscilación, ya que si ese es el primer nucleótido del anticodón, entonces cualquiera de las tres bases del codón original puede coincidir con el ARNt. - 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. por ese anticodón.
- El requisito mínimo para satisfacer todos los codones posibles (61 excluyendo tres codones de terminación) es 32 tRNA. Eso es 31 ARNt para los aminoácidos y un codón de iniciación.
Esquemas de emparejamiento de bases de tRNA
Reglas de emparejamiento oscilante. Los pares de bases de Watson-Crick se muestran en negrita . Los paréntesis denotan enlaces que funcionan pero que serán menos favorecidos. Una x inicial denota derivadas (en general) de la base que sigue.
| base anticodón 5 'de tRNA | ARNm base del codón 3 '(Crick) | ARNm base del codón 3 '(revisado) |
|---|---|---|
| A | U | U , C, G o (A) |
| C | GRAMO | GRAMO |
| GRAMO | C o U | C o U |
| U | A o G | A , G, U o (C) |
| I | A, C o U | A, C o U |
| k 2 C | A | |
| x m 5 s 2 U , x m 5 Um , Um , x m 5 U | A o (G) | |
| x o 5 U | U, A o G |
Importancia biológica
Aparte de la obvia necesidad de oscilación, que nuestras células tienen una cantidad limitada de ARNt y la oscilación permite una amplia especificidad, se ha demostrado que los pares de bases de oscilación facilitan muchas funciones biológicas, demostrado más claramente en la bacteria Escherichia coli , un organismo modelo . De hecho, en un estudio de E. coli ' s de tRNA para alanina hay un par base oscilante que determina si el tRNA se aminoacilado. Cuando un ARNt alcanza una aminoacil 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. La necesidad del par de bases oscilantes se ilustra mediante la experimentación en la que el emparejamiento Guanina-Uracilo se cambia a su emparejamiento Guanina-Citosina natural. Los oligoribonucleótidos 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 procesan 2D-NMR en los productos de estos nuevos ARNt y se comparan con los ARNt oscilantes. Los resultados indican que con ese par de bases oscilantes cambiado, la estructura también cambia y ya no se puede formar una hélice alfa . La hélice alfa era la estructura reconocible de la aminoacil tRNA sintetasa y, por tanto, la sintetasa no conecta el aminoácido alanina con el tRNA de alanina. Este emparejamiento de bases oscilantes es esencial para el uso del aminoácido alanina en E. coli y su importancia aquí implicaría importancia en muchas especies relacionadas. Se puede ver más información sobre la aminoacil tRNA sintetasa y los genomas de E. coli tRNA en los enlaces externos , información sobre aminoacil tRNA sintetasas y base de datos de tRNA genómico .