Estrutura cuaternaria dos ácidos nucleicos

A estrutura cuaternaria dos ácidos nucleicos é o conxunto de interaccións entre dúas ou máis moléculas separadas de ácidos nucleicos ou entre moléculas de ácidos nucleicos e proteínas. O concepto é análogo ao de estrutura cuaternaria das proteínas, pero esta analoxía non é perfecta, xa que o termo se usa para referirse a diversos conceptos nos ácidos nucleicos e é menos comunmente usado. Igual que outras  biomoléculas como as proteínas, os ácidos nucleicos teñen catro niveis de disposicións estruturais: estrutura primaira, secundaria, terciaria e cuaternaria. A estrutura primaria é a secuencia linear de nucleótidos, a estrutura secundaria está formada por pequenos motivos de pregamento locais, e a estrutura terciaria é a forma tridimensional pregada da molécula do ácido nucleico. A estrutura cuaternaria dos ácidos nucleicos é importante para a comprensión do ADN, ARN e a expresión xénica, porque pode influír na función. Por exemplo, cando o ADN se empaqueta formando heterocromatina, adoptando así unha estrutura cuaternaria moi compacta, a transcrición xénica está inhibida.

 ADN 

A estrutura cuaternaria do ADN utilízase para referirse á unión do ADN coas proteínas histonas para formar nucleosomas, e despois a súa organización en fibras de cromatina de maior orde. A estrutura cuaternaria do ADN afecta fortemente á accesibilidade á secuencia de ADN da maquinaria de transcrición para a expresión xénica. A estrutura cuaternaria do ADN varía co tempo, xa que as rexións do ADN están ás veces condensadas dificultando a transcrición e ás veces expostas facilitando a transcrición. O termo tamén foi utilizado para describir a ensamblaxe xerárquica dos bloques de construción que forman os ácidos nucleicos artificiais usados en nanotecnoloxía do ADN. 

A estrutura cuaternaria do ADN refírese, pois, á súa organización formando cromatina. Como o xenoma humano é moi grande, o ADN debe estar condensado en forma de cromatina, que consta de unidades repetidas de nucleosomas. Os nucleosomas conteñen ADN e proteínas chamadas histonas. A parte central do nucleosoma xeralmente contén uns 146 pares de bases do ADN enrolados arredor dun octámero de histonas. O octámero de histonas está constituído por oito unidades de proteínas histonas, que son dúas unidades de cada unha das seguintes: H2A, H2B, H3 e H4. As histonas son as principais responsables de dar forma aos nucleosomas e contribúen á estrutura da cromatina. As proteínas histonas están cargadas positivamente e, por tanto, interaccionan coas cargas negativas dos fosfatos do esqueleto de nucleótidos do ADN. Unha porción das histonas da parte central do nucleosoma, coñecido como dominios da cola, son extremadamente importantes para manter o nucleosoma fortemente unido e darlle a este as súas estruturas secundaria e terciaria, porque estes dominios da cola están implicados en interaccións entre os nucleosomas. A histona enlazadora ou linker H1 está fóra do nucleosoma, pero mantén a estrutura do nucleosoma, asegurando que o ADN permaneza apertadamente enrolado.

As modificacións nas proteínas histonas e no seu ADN asociado son modificacións da súa estrutura cuaternaria. A cromatina condensada ou heterocromatina impide a transcrición dos xenes, porque os factores de transcrición non poden acceder ao ADN enrolado Isto contrasta co que ocorre coa eucromatina, que é cromatina descondensada e doadamente accesible á maquinaria transcricional. A metilación do ADN nos nucleótidos inflúe na estrutura cuaternaria da cromatina. Un ADN moi metilado é máis probable que estea en forma de heterocromatina, mentres que o ADN non metilado adoita estar en forma de eucromatina. Ademais, poden producirse modificacións postraducionais nos dominios de cola das histonas centrais do nucleosoma, o que produce cambios na estrutura cuaternaria e na expresión xénica. Os encimas, coñecidos como escritores e borradores epixenéticos, catalizan a adición ou a retirada de varias modificacións nos dominios de cola das histonas. Por exemplo, un encima escritor pode metilar a lisina-9 do dominio de cola da histona H3. Isto pode levar á represión xénica, xa que a cromatina se remodela e lembra a heterocromatina. Porén, poden facerse ducias de modificacións nos dominios de cola das histonas. Por tanto, é a suma de todas as modificacións a que determina se a cromatina estará en estado de heterocromatina ou eucromatina.
miniatura|Motivo de pregamento tridimensional coñecido como o bucle bicante (kissing loop). Neste diagrama dous modelos do bucle bicante están superpostos para mostrar as semellanzas estruturais. O esqueleto molecular branco e as bases rosas son da bacteria Bacillus subtilis, e o esqueleto molecular gris e as bases azuis son de Vibrio vulnificus.
miniatura|Unha interacción do motivo A-menor tipo 1.

 ARN 

O ARN pode ser de diversas clases: mensaxeiro (ARNm), ribosómico (ARNr), transferente (ARNt), non codificante longo (ARNncl) e outros varios ARNs pequenos funcionais reguladores. Mentres que moitas proteínas teñen unha estrutura cuaternaria, a maioría das moléculas de ARN só a teñen primaria, secundaria e terciaria e funcionan como moléculas individuais separadas en vez de estruturas multisubunidades. Non obstante, algúns tipos de ARN mostran unha estrutura claramente cuaternaria que é sencial para a súa función, mentres que outros funcionan como moléculas separadas e non se asocian con outras para formar estruturas cuaternarias. Os complexos simétricos de moléculas de ARN son extremadamente pouco comúns comparados cos oligómeros proteicos. Un exemplo dun homodímero de ARN é o ribocima VS de Neurospora, cos seus dous sitios activos que están constituídos por nucleótidos de ambos os monómeros. O mellor exemplo coñecido de ARN que forma estruturas cuaternarias coas proteínas é o ribosoma, que consta de varios ARNr, asociados a decenas de proteínas ribosómicas. Complexos ARN-proteínas similares tamén se encontran no espliceosoma.

 Riboswitches 

Os riboswitches son un tipo de estrutura de ARNm que serve para regular a expresión xénica e a miúdo únense a un conxunto diverso de ligandos. Os riboswitches determinan como responde a expresión xénica a varias concentracións de pequenas moléculas da célula. Motivos pseudosimétricos obsérvanse nos riboswitches de flavín mononucleótido (FMN), di-AMP cíclico (di-AMPc) ou de glicina. Os riboswitches dise que presentan unha estrutura pseudocuaternaria, na que varias rexións estruturais similares dunha soa molécula de ARN préganse xuntas simetricamente. Como esta estutura se orixina a partir dunha soa molécula e non a partir de varias moléculas separadas, non se pode dicir que é unha verdadeira estrutura cuaternaria. Dependendo de onde se una un riboswitch e como estea disposto, pode suprimir ou permitir a expresión dun xene. A simetría é unha parte importante das configuracións biomoleculares tridimensionais. Moitas proteínas son simétricas na súa estrutura cuaternaria, pero os ARNs raramente teñen estruturas cuaternarias simétricas. Aínda que a estrutura terciaria é variable e esencial para todos os tipos de ARN, a oligomerización do ARN é relativamente rara.

 ARNr 
Os ribosomas, os orgánulos onde ten lugar a tradución de proteínas, están feitos de ARNr e proteínas. Os ribosomas son o mellor e máis abundante exemplo de estrutura cuaternaria dos ácidos nucleicos. Os detalles da estrutura dos ribosomas varían entre diferentes reinos e especies de seres vivos, pero todos os ribosomas constan dunha subunidade maior e outra menor. Diferentes clases de organismos teñen subunidades ribosómicas de tamaños característicos distintos. A asociación tridimensional das subunidades ribosómicas é esencial para a función ribosómica. A subunidade menor únese primeiro ao ARNm e despois recrútase a subunidade maior. Para que se forme un polipéptido debe haber unha axeitada asociación do ARNm e as dúas subunidades ribosómicas.
O ARNr helicoidal está asociado con proteínas ribosómicas globulares. Os codóns que van pasando polo ribosoma chegan ao sitio A do ribosoma e móvense ao sitio P, onde se cataliza a formación do enlace peptídico no centro peptidiltransferase.
Unha estrutura tridimensional específica que se observa frecuentemente no ARNr é o motivo A-menor. Hai catro tipos de motivos menores A, todos os cales inclúen moitas adenosinas non apareadas. Estas adenosinas solitarias esténdense cara a fóra e 
permiten que as moléculas de ARN se unan a outros ácidos nucleicos no suco menor.

 ARNt 

Aínda que nos ARN transferentes se observaron estruturas secundarias e terciarias, non hai evidencias ata agora de que formen estruturas cuaternarias. Observouse por medio de imaxes de alta resolución que o ARNt interacciona coa estrutura cuaternaria do ribosoma de 70S bacteriano e outras proteínas.

 Outros pequenos ARNs 

 ARNp 

O ARN procabeza do bacteriófago φ29 (ARNp ou pRNA) ten a capacidade de formar unha estrutura cuaternaria. O ARNp pode formar unha estrutura cuaternaria ao oligomerizarse para crear a cápside que encerra o ADN xenómico do bacteriófago. Varias moléculas de ARNp rodean o xenoma e por medio de interaccións de empillamento (stacking) e apareamento de bases os ARNp encerran e protexen o ADN. Os estudos de cristalografía de raios X mostraron que o ARNp forma aneis tetraméricos, aínda que as estruturas cryo-EM suxiren que o ARNp pode tamén formar aneis pentámeros.

 Motivo do bucle bicante 

No modelo do motivo de bucle bicante (kissing loop), baseado na metiltransferase do virus do dengue, catro monómeros de metiltransferase rodean dous octámeros de ARN. As asociacións do ácido nucleico demostran que este motivo de pregamento tridimensional é unha estrutura cuaternaria. No diagrama mostrado máis arriba, dous modelos de bucle bicante están superpostos para que mostren as semellanzas estruturais. O esqueleto molecular branco e as bases rosas son da bacteria Bacillus subtilis e o esqueleto gris e as bases azuis son de Vibrio vulnificus.

O motivo de bucle bicante observouse en retroviruss e ARNs codificados en plásmidos. A determinación do número de bucles bicantes necesario para formar a cápside varía de 5 a 6. Cinco bucles bicantes teñen unha estabilidade maior debido á simetría particular que se produce.

 ARN nuclear pequeno 
O ARN nuclear pequeno combínase con proteínas para formar o espliceosoma no núcleo celular. O espliceosoma é responsable de detectar e cortar intróns nun pre-ARNm, que é un dos primeiros pasos do procesamento do ARNm. O espliceosoma é un gran complexo macromolecular. A estrutura cuaternaria permite que o ARN nuclear pequeno detecte seccuencias de ARNm que necesitan ser escindidas.

 Notas 

Categoría:Ácidos nucleicos