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Articulo de referencia

Par base de Hoogsteen

Estructuras químicas para los pares de bases A•T y G•C+ de Watson-Crick y Hoogsteen. La geometría de Hoogsteen se puede lograr mediante la rotación de la purina alrededor del en...

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Estructuras químicas para los pares de bases A•T y G•C+ de Watson-Crick y Hoogsteen. La geometría de Hoogsteen se puede lograr mediante la rotación de la purina alrededor del enlace glucosídico (χ) y el volteo de la base (θ), afectando simultáneamente a C8 y C1 ′ (amarillo). [ 1 ]

El apareamiento de bases de Hoogsteen es una variante del apareamiento de bases en ácidos nucleicos, como el par A•T. De esta forma, dos nucleobases , una en cada hebra, pueden mantenerse unidas mediante enlaces de hidrógeno en el surco mayor. Específicamente, ocurre cuando una base pirimídica (C/T) utiliza su cara de Watson-Crick ( anti , N3 – C4 ) para unirse a la cara syn (N6 – N7 ) de una purina (A/G).

La adenina , que no es una pirimidina, puede usar su cara anti (N 1 – N 6 ) para aparearse con la cara syn de una purina y formar un par de bases tipo Hoogsteen. [ 2 ] La guanina puede formar una interacción similar con otra base púrica, formando un ciclo rígido llamado tétrada de guanina en el caso de cuatro guaninas. Estos también son "pares de bases Hoogsteen" según la comprensión ampliada de la interacción anti - syn . [ 3 ]

Vista general del borde de apareamiento de bases de las nucleobases. La figura superior muestra un ejemplo de purina (adenina), cuyos bordes se denominan Watson-Crick ( anti ), Hoogsteen ( syn ) y borde de azúcar. La figura inferior muestra un ejemplo de pirimidina (citosina) con los bordes Watson-Crick ( anti ), CH ( syn ) y de azúcar.

Un par de bases de Hoogsteen inverso se produce cuando la cara syn (N3 - C2 ) de una pirimidina se une a la cara syn de una purina . [ 4 ] En una visión sistémica del apareamiento de bases no canónico , los pares de bases de Hoogsteen (en sentido extendido) se denominan Watson-Crick/Hoogsteen, según las caras que interactúan (la cara syn se denomina cara de Hoogsteen). El par de bases de Hoogsteen inverso se denomina "Hoogsteen/Hoogsteen". [ 5 ]

Notación

Este artículo emplea el carácter "•" para describir cualquier interacción no covalente, que puede incluir pares de bases de Hoogsteen, Hoogsteen inverso y Watson-Crick, de acuerdo con la recomendación de la IUPAC de 1970. [ 6 ] : N3.4.2

Según la IUPAC, el guion (-) no es aceptable porque implica un enlace covalente, al igual que los símbolos ":" y "/" porque pueden confundirse con proporciones. No usar ningún símbolo tampoco es aceptable porque puede confundirse con una secuencia de polímero (covalente). [ 6 ] : N3.4.2

La IUPAC no hace ninguna recomendación específica para diferenciar los tipos de enlaces no covalentes. Cuando es necesario diferenciarlos, este artículo utiliza "*" para el par de Hoogsteen, "□" para el par de Watson-Crick y "△" para el par de Hoogsteen inverso. Los pares de Hoogsteen típicos son A*T y G*C + (nótese la carga en la citidina , que indica protonación ).

Historia

Diez años después de que James Watson y Francis Crick publicaran su modelo de la doble hélice del ADN, [ 7 ] Karst Hoogsteen informó [ 8 ] sobre la estructura cristalina de un complejo en el que análogos de A y T formaban un par de bases con una geometría diferente a la descrita por Watson y Crick. De manera similar, puede darse una geometría de apareamiento de bases alternativa para los pares G•C. Hoogsteen señaló que si los patrones alternativos de enlaces de hidrógeno estuvieran presentes en el ADN, la doble hélice tendría que adoptar una forma bastante diferente. Los pares de bases de Hoogsteen se observan en estructuras alternativas como las estructuras G-cuadruplex de cuatro hebras que se forman en el ADN y el ARN.

Propiedades químicas

Los pares de Hoogsteen tienen propiedades bastante diferentes a las de los pares de bases de Watson-Crick . El ángulo entre los dos enlaces glucosídicos (aproximadamente 80° en el par A*T) es mayor y la distancia C1′ – C1 ′ ( aproximadamente 860 pm o 8,6 Å) es menor que en la geometría regular. En algunos casos, denominados pares de bases de Hoogsteen invertidos , una base está rotada 180° con respecto a la otra.

En algunas secuencias de ADN, especialmente en los dinucleótidos CA y TA, los pares de bases de Hoogsteen existen como entidades transitorias que se encuentran en equilibrio térmico con los pares de bases estándar de Watson-Crick. La detección de estas especies transitorias requirió el uso de espectroscopia de dispersión de relajación por RMN aplicada a macromoléculas. [ 1 ]

Se han observado pares de bases de Hoogsteen en complejos proteína-ADN. [ 9 ] Algunas proteínas han evolucionado para reconocer solo un tipo de par de bases y utilizan interacciones intermoleculares para desplazar el equilibrio entre las dos geometrías.

El ADN posee numerosas características que permiten su reconocimiento secuencia-específico por las proteínas. Inicialmente, se creía que este reconocimiento implicaba principalmente interacciones específicas mediante enlaces de hidrógeno entre las cadenas laterales de los aminoácidos y las bases. Sin embargo, pronto se hizo evidente que no existía una correspondencia uno a uno identificable; es decir, no había un código simple que pudiera leerse. Parte del problema radica en que el ADN puede sufrir cambios conformacionales que distorsionan la clásica doble hélice. Las variaciones resultantes alteran la presentación de las bases del ADN a las moléculas de proteínas y, por lo tanto, afectan el mecanismo de reconocimiento.

Dado que las distorsiones en la doble hélice dependen de la secuencia de bases, las proteínas pueden reconocer el ADN de forma similar a como reconocen otras proteínas y pequeñas moléculas ligando, es decir, a través de la forma geométrica (en lugar de la secuencia específica). Por ejemplo, las secuencias de bases A y T pueden estrechar el surco menor del ADN (el más estrecho de los dos surcos de la doble hélice), lo que genera potenciales electrostáticos negativos locales que, a su vez, crean sitios de unión para los residuos de aminoácidos arginina con carga positiva en la proteína .

Estructuras triples

Tríadas de bases en una estructura de triple hélice de ADN. Incluye cuatro ejemplos estándar de Hogsteen y dos ejemplos no estándar de adenina.

Este apareamiento de bases no Watson-Crick permite que las terceras hebras se enrollen alrededor de los dúplex, que se ensamblan en el patrón Watson-Crick , y formen hélices de triple hebra como (poli(dA)•2poli(dT) = poli(dT)*poli(dA)□poli(dT)) y (poli(rG)•2poli(rC) = poli(rC)*poli(rG)□poli(rC)). [ 10 ]

El par Hogsteen inverso se puede observar en estructuras tridimensionales del ARN de transferencia , como T54△A58 y U8△A14. [ 11 ] [ 12 ]

Estructuras cuádruplex

Izquierda: Una tétrada de guanina con un catión central. Derecha: Tres tétradas de guanina que contribuyen a la estructura de un G-cuadruplex.

Como se mencionó anteriormente, cuatro bases de guanina pueden formar un ciclo rígido llamado tétrada de guanina . Esto permite la formación de estructuras secundarias de ADN y ARN monocatenarios ricos en guanina, denominadas G-cuadruplexos (G4-ADN y G4-ARN). Existe evidencia de la formación de G4 tanto in vitro como in vivo. Se ha sugerido que los G4 genómicos regulan la transcripción génica y, a nivel de ARN, inhiben la síntesis de proteínas mediante la inhibición estérica de la función del ribosoma . Se necesitan cuatro tripletes de guanina, separados por espaciadores cortos. Esto permite el ensamblaje de cuartetos planares compuestos por asociaciones apiladas de moléculas de guanina unidas por enlaces de Hoogsteen. [ 3 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Evgenia N. Nikolova; Eunae Kim; Abigail A. Wise; Patrick J. O'Brien; Ioan Andricioaei; Hashim M. Al-Hashimi (2011). "Pares de bases transitorios de Hoogsteen en ADN dúplex canónico" . Nature . 470 (7335): 498– 502. Bibcode : 2011Natur.470..498N . doi : 10.1038/nature09775 . PMC 3074620. PMID 21270796 .  
  2. ↑ Pan, B; Mitra, SN; Sundaralingam, M (2 de marzo de 1999). "Estructura cristalina de un dúplex de ARN de 16 nucleótidos R(GCAGAGUUAAAUCUGC)2 con pares erróneos G(sin).A+(anti) no adyacentes". Biochemistry . 38 (9): 2826–31 . doi : 10.1021/bi982122y . PMID 10052954 . 
  3. 1 2 Johnson JE, Smith JS, Kozak ML, Johnson FB (agosto de 2008). "In vivo veritas: uso de levadura para sondear las funciones biológicas de los G-cuadruplexos" . Biochimie . 90 ( 8): 1250– 63. doi : 10.1016/j.biochi.2008.02.013 . PMC 2585026. PMID 18331848 .  
  4. ↑ "Pares de bases de Hoogsteen y Hoogsteen inverso" . X3DNA-DSSR: un recurso para la bioinformática estructural de ácidos nucleicos .
  5. ↑ Halder S, Bhattacharyya D (noviembre de 2013). "Estructura y dinámica del ARN: una perspectiva de apareamiento de bases". Progress in Biophysics and Molecular Biology . 113 (2): 264– 83. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2013.07.003 . PMID 23891726 . 
  6. 1 2 Comisión IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioquímica (1970). "Abreviaturas y símbolos para ácidos nucleicos, polinucleótidos y sus constituyentes" . Bioquímica . 9 (20): 4022– 4027. doi : 10.1021/bi00822a023 .
  7. ↑ Watson JD, Crick FH (1953) . "Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido desoxirribonucleico". Nature . 171 (4356): 737– 738. Bibcode : 1953Natur.171..737W . doi : 10.1038/171737a0 . PMID 13054692. S2CID 4253007 .  
  8. ↑ Hoogsteen K (1963). "La estructura cristalina y molecular de un complejo con enlace de hidrógeno entre 1-metiltimina y 9-metiladenina" . Acta Crystallographica . 16 (9): 907– 916. doi : 10.1107/S0365110X63002437 .
  9. ↑ Aishima J, Gitti RK, Noah JE, Gan HH, Schlick T, Wolberger C (diciembre de 2002). "Un par de bases de Hoogsteen incrustado en ADN-B no distorsionado" . Nucleic Acids Res . 30 (23): 5244– 52. doi : 10.1093 / nar/gkf661 . PMC 137974. PMID 12466549 .  
  10. ^ Kim SK, Takahashi M, Nordén B (octubre de 1995). "Unión de RecA al ADN de triple hélice poli (dA) antiparalelo". Biochim Biophys Acta . 1264 (1): 129– 33. doi : 10.1016/0167-4781(95)00137-6 . PMID 7578246 . 
  11. ↑ Zagryadskaya EI, Doyon FR, Steinberg SV (julio de 2003). "Importancia del par de bases de Hoogsteen inverso 54-58 para la función del ARNt" . Nucleic Acids Res . 31 (14): 3946–53 . doi : 10.1093/nar/gkg448 . PMC 165963. PMID 12853610 .  
  12. ↑ Westhof E, Auffinger P (09/09/2005). "Estructura del ARN de transferencia" (PDF) . Enciclopedia de ciencias de la vida . Nature Pub. Group. ISBN 9780470015902Archivado del original (PDF) el 19 de octubre de 2016. Consultado el 28 de marzo de 2019 .