Una ribozima polimerasa de ARN cruzada y quiral de la ribozima.

Área de la Ciencia:

• El origen de la vida Estudios de estudios
• Biología Molecular Biología Molecular
• La bioquímica es la bioquímica.

Sus antecedentes:

• La polimerización dirigida por la plantilla de mononucleótidos activados es inhibida por enantiómeros opuestos, lo que plantea un desafío para la vida temprana basada en ARN.
• La aparición de enzimas de ARN (ribozimas) capaces de catalizar la polimerización del ARN es crucial para la replicación y la evolución del ARN.
• Anteriormente se suponía que las primeras polimerasas de ARN y sus sustratos compartían la misma quiralidad.

Objetivo del estudio:

• Investigar la posibilidad de la replicación del ARN quiral cruzado, donde una enzima de ARN de una mano puede polimerizar sustratos de la mano opuesta.
• Para diseñar una polimerasa de ARN cruzada quiral funcional utilizando la evolución in vitro.
• Para demostrar que la vida basada en ARN podría haber surgido de un sistema con simetría quiral rota.

Principales métodos:

• Se empleó la evolución in vitro, comenzando con una población diversa de moléculas de ARN de secuencia aleatoria.
• Se aplicó presión de selección para identificar secuencias de ARN que pudieran catalizar la polimerización de sustratos quirales no nativos.
• Se caracterizó la actividad catalítica y la especificidad del sustrato de las enzimas de ARN evolucionadas.

Principales resultados:

• Se desarrolló una enzima D-ARN de 83 nucleótidos que cataliza de manera eficiente la polimerización templada de sustratos de L-ARN.
• También se desarrolló una enzima L-ARN complementaria, que demostró una actividad catalítica cruzada quiral similar con sustratos de ARN-D.
• La inhibición quiral fue eludida ya que las enzimas evolucionadas exhiben una aceleración significativa de la tasa exclusivamente para sustratos quirales cruzados (hasta 10^6 veces).
• La polimerasa de ARN quiral cruzada demostró la capacidad de sintetizar copias de ARN de longitud completa de su propio enantiómero.

Conclusiones:

• Las polimerasas de ARN quirales cruzadas pueden evolucionar, proporcionando un mecanismo plausible para superar la inhibición quiral en el origen de la vida basada en ARN.
• La aparición de los sistemas de replicación de D- y L-ARN puede haber ocurrido simultáneamente, facilitada por la catálisis cruzada quiral.
• Este hallazgo apoya la hipótesis de que la simetría quiral podría romperse a través de procesos químicos, allanando el camino para la evolución del ARN.