Ribonucleasa
Clase de enzima que cataliza la degradación del ARN.
ribonucleasa
Ribonucleasa U2 de Ustilago sphaerogena con entrada AMP PDB 3agn [1]
Identificadores
SímboloRibonucleasa
PfamPF00545
InterprofesionalIPR000026
SCOP21brn / ALCANCE / SUPFAM
Estructuras de proteínas disponibles:
Pfam  estructuras / ECOD  
APPDB RCSB; PDBj
PDBsumaResumen de la estructura
AP1 mg de peso corporal A: 56-137 1 mg de peso corporal A: 56-137 1 mg de peso corporal B: 11-92

1i70 A:11-92 2sar A:11-92 1ucj B:11-92 1lni B:11-92 1ay7 A:11-92 1t2h B:11-92 1box A:11-92 1ucl A:11-92 1rge B:11-92 1t2i A:11-92 1c54 A:11-92 1rsn B:11-92 1gmq A:11-92 1uci A:11-92 1sar B:11-92 1gmp A:11-92 1rgf A:11-92 1rgg B:11-92 1rgh B:11-92 1i8v B:11-92 1gmr B:11-92 1ynv X:11-92 1py3 B:79-159 1pyl A:79-159 2rbi B:72-161 1goy A:72-161 1gou B:72-161 1gov A:72-161 1buj A:72-161 1bao B:67-156 1bsd A:67-156 1ban B:67-156 1brh A:67-156 1brg C:67-156 1brk C:67-156 1bns A:67-156 1bnf B:67-156 1bgs B:67-156 1bnj B:67-156 1bsa B:67-156 1bsb C:67-156 1b3s B:67-156 1x1w B:67-156 1bni B:67-156 1b2x B:67-156 1b2z A:67-156 1bsc C:67-156 1bse B:67-156 1x1y B :67-156 1bri C:67-156 1b2u C:67-156 1b27 C:67-156 1b20 B:67-156 1bnr :67-156 1b2s C:67-156 1yvs :67-156 1brs C:67-156 1brj C:67-156 1bne A:67-156 1bng C:67-156 1a2p A:67-156 1x1u B:67-156 1fw7 A:67-156 1rnb A:67-156 1b21 C:67-156 1x1x B:67-156 1brn M:67-156 1b2m A:46-129 1i0v A:46-129 1rls :46-129 1fys A:46-129 1bviB:46-129 1i2e A:46-129 2hoh D:46-129 3rnt :46-129 6gsp :46-129 4gsp :46-129 1low A:46-129 1i0x A:46-129 1bir B:46-129 1trq A:46-129 1det :46-129 1i2g A:46-129 3bu4 A:46-129 1rn1 A:46-129 1rnt :46-129 4hoh D:46-129 1rga :46-129 4bu4 A:46-129 1rhl A:46-129 5bu4 A:46-129 1hz1 A:46-129 1trp A:46-129 5hoh A:46-129 7gsp A:46-129 1ygw :46-129 1gsp :46-129 1bu4 :46-129 6rnt :46-129 1ch0 B:46-129 1rgc B:46-129 4bir :46-129 2rnt :46-129 3hoh D:46-129 1rgl :46-129 1rn4 :46-129 1fzu A:46-129 1lov A:46-129 5gsp :46-129 9rnt :46-129 3bir :46-129 1q9e C:46-129 1i3f A:46-129 5bir A:46-129 1g02 A:46-129 1loy A:46-129 2bir A:46-129 1tto A:46-129 2aad B:46-129 1lra :46-129 1i3i A:46-129 2bu4 A:46-129 2gsp :46-129 1hyf A:46-129 3gsp :46-129 1iyy A:46-129 7rnt :46-129 2aae :46-129 8rnt :46-129 5rnt :46-129 1i2f A:46-129 4rnt :46-129 1rgk :46-129 1rms :21-102 1rds :21-102 1fut :45-127 1rcl :45-127 1fus :45-127 1rck :45-127 1rtu :23-113 1aqz A:82-174 1jbr B:82-174 1jbtA:82-174 1jbs A:82-174

1de3 A:83-175 1r4y A:83-175

La ribonucleasa (abreviada comúnmente como ARNasa ) es un tipo de nucleasa que cataliza la degradación del ARN en componentes más pequeños. Las ribonucleasas se pueden dividir en endorribonucleasas y exorribonucleasas , y comprenden varias subclases dentro de las clases de enzimas EC 2.7 (para las enzimas fosforolíticas) y 3.1 (para las enzimas hidrolíticas).

Función

Todos los organismos estudiados contienen muchas ARNasas de dos clases diferentes, lo que demuestra que la degradación del ARN es un proceso muy antiguo e importante. Además de eliminar el ARN celular que ya no se necesita, las ARNasas desempeñan un papel fundamental en la maduración de todas las moléculas de ARN, tanto los ARN mensajeros que llevan material genético para la fabricación de proteínas como los ARN no codificantes que funcionan en diversos procesos celulares. Además, los sistemas de degradación activa del ARN son la primera defensa contra los virus ARN y proporcionan la maquinaria subyacente para estrategias inmunitarias celulares más avanzadas, como la RNAi .

Algunas células también secretan grandes cantidades de ARNasas no específicas, como A y T1. Por lo tanto, las ARNasas son extremadamente comunes, lo que da como resultado una vida útil muy corta para cualquier ARN que no se encuentre en un entorno protegido. Vale la pena señalar que todos los ARN intracelulares están protegidos de la actividad de las ARNasas mediante una serie de estrategias, entre las que se incluyen la protección del extremo 5' , la poliadenilación del extremo 3' , la formación de un dúplex ARN·ARN y el plegamiento dentro de un complejo de proteína ARN ( partícula de ribonucleoproteína o RNP).

Otro mecanismo de protección es el inhibidor de ribonucleasa (RI) , que comprende una fracción relativamente grande de proteína celular (~0,1%) en algunos tipos de células, y que se une a ciertas ribonucleasas con la mayor afinidad de cualquier interacción proteína-proteína ; la constante de disociación para el complejo RI-RNasa A es ~20 fM en condiciones fisiológicas. El RI se utiliza en la mayoría de los laboratorios que estudian ARN para proteger sus muestras contra la degradación de las ARNasas ambientales.

De manera similar a las enzimas de restricción , que escinden secuencias altamente específicas de ADN bicatenario , recientemente se han clasificado una variedad de endorribonucleasas que reconocen y escinden secuencias específicas de ARN monocatenario.

Las ARNasas desempeñan un papel fundamental en muchos procesos biológicos, incluida la angiogénesis y la autoincompatibilidad en plantas con flores (angiospermas). [2] [3] Se ha demostrado que muchas toxinas de respuesta al estrés de los sistemas toxina-antitoxina procariotas tienen actividad y homología de ARNasa . [4]

Clasificación

Principales tipos de endorribonucleasas

Estructura de la ARNasa A
  • EC 3.1.27.5: La ARNasa A es una ARNasa que se utiliza comúnmente en la investigación. La ARNasa A ( p. ej. , ribonucleasa pancreática bovina A: PDB : 2AAS ) es una de las enzimas más resistentes de uso común en el laboratorio; un método para aislarla es hervir un extracto celular crudo hasta que todas las enzimas que no sean la ARNasa A se desnaturalicen . Es específica para los ARN monocatenarios. Escinde el extremo 3' de los residuos C y U no apareados, formando finalmente un producto 3'-fosforilado a través de un intermediario monofosfato cíclico 2',3'. [5] No requiere ningún cofactor para su actividad [6]
  • EC 3.1.26.4: La ARNasa H es una ribonucleasa que escinde el ARN en un dúplex ADN/ARN para producir ADN monocatenario. La ARNasa H es una endonucleasa no específica y cataliza la escisión del ARN a través de un mecanismo hidrolítico, con la ayuda de un ion metálico divalente unido a la enzima. La ARNasa H deja un producto fosforilado en 5'. [7]
  • EC 3.1.26.3: La ARNasa III es un tipo de ribonucleasa que escinde el ARNr (ARNr 16s y ARNr 23s) del operón de ARN policistrónico transcrito en procariotas. También digiere ARN de doble cadena (ARNdc) de la familia Dicer de ARNasas, cortando el pre-miARN (de 60 a 70 pb de longitud) en un sitio específico y transformándolo en miARN (de 22 a 30 pb), que participa activamente en la regulación de la transcripción y la vida útil del ARNm.
  • Número CE 3.1.26.-??: La ARNasa L es una nucleasa inducida por interferón que, al activarse, destruye todo el ARN dentro de la célula.
  • EC 3.1.26.5: La ARNasa P es un tipo de ribonucleasa que es única en el sentido de que es una ribozima , un ácido ribonucleico que actúa como catalizador de la misma manera que una enzima . Una de sus funciones es separar una secuencia líder del extremo 5' de una cadena de pre- ARNt . La ARNasa P es una de las dos ribozimas de recambio múltiple conocidas en la naturaleza (la otra es el ribosoma ). En las bacterias, la ARNasa P también es responsable de la actividad catalítica de las holoenzimas, que consisten en una apoenzima que forma un sistema enzimático activo mediante la combinación con una coenzima y determina la especificidad de este sistema para un sustrato. Recientemente se ha descubierto una forma de ARNasa P que es una proteína y no contiene ARN. [8]
  • Número CE 3.1.??: La ARNasa PhyM es específica de secuencia para ARN monocatenarios. Corta el extremo 3' de los residuos A y U no apareados.
  • EC 3.1.27.3: La ARNasa T1 es específica de la secuencia para los ARN monocatenarios. Corta el extremo 3' de los residuos G no apareados.
  • EC 3.1.27.1: La ARNasa T2 es específica de la secuencia para los ARN monocatenarios. Corta el extremo 3' de los 4 residuos, pero preferentemente el extremo 3' de As.
  • EC 3.1.27.4: La ARNasa U2 es específica de la secuencia de ARN monocatenarios. Corta el extremo 3' de los residuos A no apareados.
  • CE 3.1.27.8: La ARNasa V es específica para el ARN de poliadenina y poliuridina.
  • EC 3.1.26.12: La ARNasa E es una ribonucleasa de origen vegetal, que modula las respuestas SOS en bacterias, para una respuesta al estrés del daño del ADN mediante la activación del mecanismo SOS por la vía de transducción de señales dependiente de RecA/LexA que deprime transcripcionalmente una multiplicidad de genes que conducen al arresto del tránsito de la división celular, así como al inicio de la reparación del ADN. [9]
  • EC 3.1.26.-: ARNasa G Interviene en el procesamiento del extremo 16' del ARNr 5s. Está relacionada con la separación de cromosomas y la división celular. Se considera uno de los componentes de los haces de filamentos axiales citoplasmáticos. También se piensa que puede regular la formación de esta estructura. [10]

Principales tipos de exorribonucleasas

Especificidad de la ARNasa

El sitio activo se parece a un valle de rift donde todos los residuos del sitio activo crean la pared y el fondo del valle. El rift es muy delgado y el pequeño sustrato encaja perfectamente en el medio del sitio activo, lo que permite una interacción perfecta con los residuos. En realidad, tiene una pequeña curvatura en el sitio que también tiene el sustrato. Aunque normalmente la mayoría de las exo y endorribonucleasas no son específicas de la secuencia, recientemente se diseñó un sistema CRISPR /Cas que reconoce y corta el ADN de forma nativa para escindir el ARN monocatenario de una manera específica de la secuencia. [11]

Contaminación por ARNasa durante la extracción de ARN

La extracción de ARN en experimentos de biología molecular se complica enormemente por la presencia de ribonucleasas ubicuas y resistentes que degradan las muestras de ARN. Ciertas ARNasas pueden ser extremadamente resistentes e inactivarlas es difícil en comparación con la neutralización de las ADNasas . Además de las ARNasas celulares que se liberan, hay varias ARNasas que están presentes en el medio ambiente. Las ARNasas han evolucionado para tener muchas funciones extracelulares en varios organismos. [12] [13] [14] Por ejemplo, la ARNasa 7, un miembro de la superfamilia de las ARNasas A , es secretada por la piel humana y sirve como una potente defensa antipatógena. [15] [16] En estas ARNasas secretadas, la actividad enzimática de la ARNasa puede incluso no ser necesaria para su nueva función exaptada . Por ejemplo, las ARNasas inmunes actúan desestabilizando las membranas celulares de las bacterias. [17] [18]

Referencias

  1. ^ Noguchi S (julio de 2010). "Mecanismo de isomerización del aspartato a sexxxxxxxx implicado por las estructuras de la ribonucleasa U2 de Ustilago sphaerogena complejada con adenosina 3'-monofosfato". Acta Crystallographica D . 66 (Pt 7): 843–9. doi :10.1107/S0907444910019621. PMID  20606265.
  2. ^ Sporn MB, Roberts AB (6 de diciembre de 2012). Factores de crecimiento de péptidos y sus receptores II. Springer Science & Business Media. pág. 556. ISBN 978-3-642-74781-6.
  3. ^ Raghavan V (6 de diciembre de 2012). Biología del desarrollo de las plantas con flores. Springer Science & Business Media. pág. 237. ISBN 978-1-4612-1234-8.
  4. ^ Ramage HR, Connolly LE, Cox JS (diciembre de 2009). "Análisis funcional integral de los sistemas toxina-antitoxina de Mycobacterium tuberculosis: implicaciones para la patogénesis, las respuestas al estrés y la evolución". PLOS Genetics . 5 (12): e1000767. doi : 10.1371/journal.pgen.1000767 . PMC 2781298 . PMID  20011113. 
  5. ^ Cuchillo CM, Nogués MV, Raines RT (septiembre de 2011). "Ribonucleasa pancreática bovina: cincuenta años del primer mecanismo de reacción enzimática". Bioquímica . 50 (37): 7835–41. doi :10.1021/bi201075b. PMC 3172371 . PMID  21838247. 
  6. ^ "Kits de preparación para la biblioteca".
  7. ^ Nowotny M (febrero de 2009). "Superfamilia de integrasas retrovirales: la perspectiva estructural". EMBO Reports . 10 (2): 144–51. doi :10.1038/embor.2008.256. PMC 2637324 . PMID  19165139. 
  8. ^ Holzmann J, Frank P, Löffler E, Bennett KL, Gerner C, Rossmanith W (octubre de 2008). "RNasa P sin ARN: identificación y reconstitución funcional de la enzima de procesamiento del ARNt mitocondrial humano". Cell . 135 (3): 462–74. doi : 10.1016/j.cell.2008.09.013 . PMID  18984158.
  9. ^ Shamsher S. Kanwar*, Puranjan Mishra, Khem Raj Meena, Shruti Gupta y Rakesh Kumar, Ribonucleasas y sus aplicaciones, 2016, Revista de biotecnología y bioingeniería avanzadas
  10. ^ Wachi M, Umitsuki G, Shimizu M, Takada A, Nagai K. El gen cafA de Escherichia coli codifica una nueva RNasa, denominada RNasa G, involucrada en el procesamiento del extremo 5 'del ARNr 16S. Biochem Biophys Res Commun. 1999;259(2):483‐488. doi:10.1006/bbrc.1999.0806
  11. ^ Tamulaitis G, Kazlauskiene M, Manakova E, Venclovas Č, Nwokeoji AO, Dickman MJ, Horvath P, Siksnys V (noviembre de 2014). "Trituración programable de ARN mediante el sistema CRISPR-Cas tipo III-A de Streptococcus thermophilus". Molecular Cell . 56 (4): 506–17. doi : 10.1016/j.molcel.2014.09.027 . PMID  25458845.
  12. ^ Rossier O, Dao J, Cianciotto NP (marzo de 2009). "Una ARNasa de tipo II secretada por Legionella pneumophila facilita la infección intracelular óptima de Hartmannella vermiformis". Microbiología . 155 (Pt 3): 882–90. doi : 10.1099/mic.0.023218-0 . PMC 2662391 . PMID  19246759. 
  13. ^ Luhtala N, Parker R (mayo de 2010). "Ribonucleasas de la familia T2: enzimas antiguas con funciones diversas". Tendencias en ciencias bioquímicas . 35 (5): 253–9. doi :10.1016/j.tibs.2010.02.002. PMC 2888479 . PMID  20189811. 
  14. ^ Dyer KD, Rosenberg HF (noviembre de 2006). "La ARNasa, una superfamilia: generación de diversidad y defensa innata del huésped". Diversidad molecular . 10 (4): 585–97. doi :10.1007/s11030-006-9028-2. PMID  16969722. S2CID  20922592.
  15. ^ Harder J, Schroder JM (noviembre de 2002). "RNasa 7, una nueva proteína antimicrobiana de defensa inmunitaria innata de la piel humana sana". The Journal of Biological Chemistry . 277 (48): 46779–84. doi : 10.1074/jbc.M207587200 . PMID  12244054.
  16. ^ Köten B, Simanski M, Gläser R, Podschun R, Schröder JM, Harder J (julio de 2009). "La ARNasa 7 contribuye a la defensa cutánea contra Enterococcus faecium". PLOS ONE . ​​4 (7): e6424. Bibcode :2009PLoSO...4.6424K. doi : 10.1371/journal.pone.0006424 . PMC 2712763 . PMID  19641608. 
  17. ^ Huang YC, Lin YM, Chang TW, Wu SJ, Lee YS, Chang MD, Chen C, Wu SH, Liao YD (febrero de 2007). "Los residuos de lisina flexibles y agrupados de la ribonucleasa 7 humana son fundamentales para la permeabilidad de la membrana y la actividad antimicrobiana". The Journal of Biological Chemistry . 282 (7): 4626–33. doi : 10.1074/jbc.M607321200 . PMID  17150966.
  18. ^ Rosenberg HF (mayo de 2008). "Ribonucleasas de ARNasa A y defensa del huésped: una historia en evolución". Journal of Leukocyte Biology . 83 (5): 1079–87. doi :10.1189/jlb.1107725. PMC 2692241 . PMID  18211964. 

Ahmed TAE, Udenigwe CC, Gomaa A. Editorial: Aplicaciones de biotecnología y bioingeniería para biomateriales derivados de huevos. Front Bioeng Biotechnol. 20 de septiembre de 2021;9:756058

Fuentes

  • D'Alessio G y Riordan JF, eds. (1997) Ribonucleasas: Estructuras y funciones , Academic Press.
  • Gerdes K, Christensen SK y Lobner-Olesen A (2005). "Loci de respuesta al estrés toxina-antitoxina procariota". Nat. Rev. Microbiol. (3) 371–382.
  • Base de datos de enzimas de la IUBMB para EC 3.1
  • Base de datos de enzimas integrada para EC 3.1
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