¿Por qué la timina no se incorpora al ARNm?

¡Buena pregunta! Pero, lamentablemente, entra en la categoría de preguntas sobre las que aún no sabemos todo . Todavía no sabemos cómo la ARN polimerasa diferencia entre el uracilo y la timina al agregar nucleótidos a la cadena de ARNm en crecimiento (al menos, no pude encontrar artículos de investigación en línea), probablemente porque ha resultado difícil conocer el mecanismo exacto de la síntesis de ARN. que sufre la ARN polimerasa. Pero sí sabemos qué factores podría usar para hacerlo. Para una introducción general, estos factores son:

1. Las cadenas de ARNm contienen NTP en lugar de dNTP. Ahora bien, la TTP se encuentra muy ( muy ) rara vez en las células. Por lo tanto, la ARN polimerasa puede buscar 2'-OH en el nucleótido para agregar la base ( preste atención a que no se sabe que la ARN polimerasa tenga mecanismos de revisión, pero existe una creciente evidencia de que la ARN polimerasa puede corregir una combinación de pares de bases defectuosa, consulte Thomas et al. ). Se sabe que las polimerasas de ARN pueden distinguir entre NTP y dNTP ( Svetlov et al ), aunque los mecanismos precisos en la polimerasa de ARN de múltiples subunidades siguen siendo difíciles de alcanzar. Sin embargo, esta propiedad ciertamente juega un papel (consulte la EDICIÓN 1 para obtener detalles al respecto).

2. UTP y dTTP tienen otra diferencia estructural básica: de un grupo metilo. Esta diferencia es crucial para diferenciarlos, especialmente para la maquinaria de reparación del ADN. Es así porque la citosina puede convertirse espontáneamente en uracilo (por desaminación). Por lo tanto, tiene que haber algo que las enzimas reparadoras busquen mientras reparan la citosina mutada, y un grupo metilo evita que la timina se repare. Vea la siguiente imagen para comparar:

   fuente

Solo para información, conocemos la otra cara, es decir, cómo las polimerasas de ADN evitan que dUTP se agregue a las cadenas de ADN, porque dUTP es mucho más común que TTP. Simplemente diciendo, no lo hacen. Las mutaciones pueden ocurrir (y ocurren), lo que lleva a una adición defectuosa de dUTP en el ADN. Pero, aquí es donde ayuda la reparación de maquinaria. Las células contienen una enzima, uracilo ADN glicosilasa, que reemplaza el uracilo por timina en el ADN ( Longo et al ). Entonces, hasta que encontremos el mecanismo exacto para la ARN polimerasa, puede suponer que utiliza un mecanismo muy similar para la revisión (junto con el primero, por supuesto).

EDICIÓN 1: agregaré algunos detalles sobre el mecanismo de emparejamiento de pares de bases por la ARN polimerasa, ya que solo dejo el punto en este momento, esta propiedad ciertamente juega un papel que hace que la respuesta sea engañosa para algunas personas. Pero, debido a que poner todo el mecanismo aquí haría que la respuesta fuera demasiado larga y también fuera del alcance ( teniendo en cuenta que preguntó 'por qué', no 'cómo' ), intentaré mantener esta parte lo más pequeña posible. Dando un diagrama para una mejor comprensión:

Preste atención a Tyr639 e His784 (discriminadores de azúcar), así es como la ARN polimerasa distingue NTP de dNTP. También se ha demostrado que la eliminación de Tyr639 convertirá la ARN polimerasa en ADN polimerasa (!), aunque la eliminación de His784 solo disminuiría su actividad, lo que sugiere que su papel es menor que el de Tyr639. Para obtener más información, eche un vistazo a esta página del sitio web de la universidad de Brooklyn.

EDITAR 2: En otra respuesta, el que responde dice que la síntesis de ARN requiere rNTP en lugar de dNTPS como precursores , pero no explica por qué es así (que de hecho es una parte importante). Entonces agregaré esa parte en mi respuesta. Se puede explicar por los siguientes puntos:

• Los discriminadores de azúcar de la ARN polimerasa (descritos anteriormente) no permiten que los dNTP se agreguen a la cadena en crecimiento. Por lo tanto, los dNTP no pueden actuar como sustratos para la síntesis de ARN.

• La enzima para la síntesis de timina (dTTP) es la timidilato sintasa , que requiere dUMP como sustrato. Por lo tanto, no es posible crear rTTP en lugar de dTTP.

• La conversión de uracilo en timina requiere energía, lo que significa que el uracilo es energéticamente menos costoso que la timina. Esto también explica directamente (en parte) por qué el mRNA no incorpora timina en la cadena.

• La degradación del ARNm requiere una enzima ribonucleasa que no puede degradar los dNTP. Además, en el mecanismo de degradación del ARNm, 2'-OH juega un papel. Esto se puede explicar mediante el siguiente diagrama :

  

  Como es visible, el 2'-OH es una parte importante para la degradación del ARN. Por lo tanto, no sería posible degradar el ARNm de esta manera si contuviera dNTP.

Referencias:

1. Matthew J Thomas, Angelina A Platas, Diane K Hawley, Transcriptional Fidelity and Proofreading by RNA Polymerase II, Cell, volumen 93, número 4, 15 de mayo de 1998, páginas 627-637, ISSN 0092-8674, http://dx.doi .org/10.1016/S0092-8674(00)81191-5.

2. Svetlov V. Vassylyev DG Artsimovitch I. Discriminación contra sustratos de desoxirribonucleótidos por ARN polimerasa bacteriana J. Biol. química 2004 279 3808738090

3. Mary C. Longo, Mark S. Berninger, James L. Hartley, Uso de uracilo ADN glicosilasa para controlar la contaminación por arrastre en las reacciones en cadena de la polimerasa, Gene, Volumen 93, Número 1, 1 de septiembre de 1990, páginas 125-128, ISSN 0378 -1119, http://dx.doi.org/10.1016/0378-1119(90)90145-H.

4. Dziuda, DM (2010). Minería de datos para genómica y proteómica: análisis de datos de expresión de genes y proteínas. Wiley

5. Roberts, Gordon CK et al. “EL MECANISMO DE ACCIÓN DE LA RIBONUCLEASA”. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América 62.4 (1969): 1151–1158.

La respuesta a esta pregunta es bastante sencilla:

La timina no se incorpora al ARNm porque los precursores de la síntesis de ARN son los trifosfatos de ribonucleósidos (no las bases libres) y no existe una vía para la síntesis de trifosfato de ribotimidina (rTTP) en las células, solo para la síntesis de trifosfato de timidina desox (dTTP).

Sospecho que esta pregunta bastante ingenua surge del concepto erróneo, común entre aquellos expuestos solo a breves relatos populares sobre el tema, de que las bases libres son los precursores de los ácidos nucleicos. De hecho, son los nucleósidos trifosfatos, los precursores, y la diferencia clave entre el ARN y el ADN está entre los azúcares ribosa y 2-dexoyribosa. Es obvio que las ARN polimerasas son específicas para los trifosfatos de ribonucleósidos; de lo contrario, se encontraría desoxirribosa en el ARN.

Rider: ¿Por qué hay dTTP pero no rTTP?

Aunque no es estrictamente parte de la respuesta, creo que puede brindar una perspectiva sobre el tema para explicar por qué no hay rTTP en las células, aunque sí hay dTTP. Esto se debe a la forma en que se sintetiza el dTTP, que no es el tema más moderno, pero involucra enzimas que son tan cruciales para la síntesis de ADN que ciertos virus de ADN grandes codifican sus propias copias.* Los siguientes diagramas son míos. Se puede encontrar un relato más extenso en el Capítulo 25 de Berg et al. en línea — Biosíntesis de nucleótidos .

Existen vías de síntesis para rAMP, rGMP, rUTP y rCTP. (Los tres primeros deben convertirse en trifosfatos para la síntesis de ARN). Para la síntesis de ADN, el anillo de ribosa de los rNDP se reduce a desoxirribosa. Tenga en cuenta que esto produce dUDP que posteriormente se convierte a dUTP:

Para producir dTTP, dUTP se convierte en dUMP, que es metilado a dTMP por la enzima timidilato sintasa. (Después, dTMP se convierte en dTTP). Las bases libres no se producen en las células como resultado de reacciones sintéticas, sino como nucleósidos monofosfatos. Sin embargo, la timina libre se genera durante la degradación del ADN. Esto puede ser 'salvado' por la vía que incluye la timidina quinasa:

*Estos son los virus del herpes. Aunque no se encuentran en todos los casos, las siguientes enzimas se encuentran en varios genomas del virus del herpes: ribonucleótido reductasa, timidilato sintasa, dUTPasa, dihidrofolato reductasa y timidina quinasa.