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4 posts con bioquimica

El mundo perdido del RNA

Publicado en por biologo

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a4/Pre-mRNA-1ysv-tubes.png/325px-Pre-mRNA-1ysv-tubes.png  La fragilidad química del ácido ribonucleico (RNA) no ha sido obstáculo para considerar que antes de este mundo de los seres vivos del que formamos parte, basado en proteínas y DNA, hubo un mundo previo, anterior, más antiguo, basado en el RNA. Bueno, en realidad no deja de ser una hipótesis, pero desde que el término fuese acuñado en 1986 por Walter Gilbert con la publicación de “Origin of life: The RNA world” ha ido ganando peso y apoyos en la comunidad científica. El planteamiento surgió a raíz de los descubrimientos sobre las propiedades enzimáticas de los ácidos nucleicos, especialmente prometedores y llamativos durante la segunda mitad del siglo pasado, sobre todo en los años 80. También apoyaba esta hipótesis la observación de que muchas coenzimas muestran vestigios de una antigua relación con ácidos nucleicos.

 

  Así, pues en este hipotético mundo el RNA se encargaba del almacenamiento de información genética y de los procesos catalíticos, especialmente de la autorreplicación. Gilbert indicó que si se disponía de un sistema basado en RNA no tenían porqué utilizarse ni el DNA ni las proteínas, ciertamente construyó una hipótesis general basándose en muy pocos datos empíricos que ha sido especialmente interesante para fomentar las conjeturas sobre cómo pudo haber sido el origen de la vida en la Tierra.

 

  El descubrimiento de la actividad enzimática del RNA fue casual, durante el estudio de la biosíntesis de tRNA en Escherichia coli (Migula, 1895) en el que S. Altman aisló y caracterizó un precursor del tRNA, uno de los productos intermediarios que participan en la maduración del tRNA, la enzima que actúa sobre el intermediario es la RNAsa P o ribonucleasa P cuya función es romper un enlace fosfodiéster en el comienzo de la secuencia madura de nucleótidos del tRNA, liberando los nucleótidos sobrantes. B. Stark purificó de la RNAsa P proteína y RNA, y demostró que la fracción del RNA era fundamental para la actividad enzimática. Posteriormente, se pudo demostrar que la subunidad de RNA formaba parte del centro activo de la enzima y no sólo eso sino que se demostró “in vitro” que es una enzima.

 

  La existencia de ribozimas que catalizan reacciones de transferencia fosfodiéster sugirió que era posible encontrar la tan ansiada replicación de RNA catalizada por RNA, de hecho se observó que intrones autoensamblados, mediante plantillas pueden catalizar la unión de oligonucleótidos de RNA, también se vió que la región circundante del centro peptidil transferasa de una subunidad ribosomal bacteriana 50S contenía RNA en vez de proteínas. La metodología conocida como “evolución in vitro” permitió escanear gran cantidad de secuencias de ácidos nucléicos para diferentes funciones y demostró que, de hecho, el RNA puede tener diferentes funciones catalíticas como la alquilación. La replicación de RNA catalizada por RNA se logró el año 2001 gracias al trabajo de WK. Johnston et al. con el que lograron la polimerización de RNA mediante catálisis por RNA, obtuvieron una molécula de RNA que cataliza la polimerización necesaria para la replicación. La ribozima usa nucleósidos trifosfato, una plantilla de RNA y el cebador.

 

  En resumen el RNA presenta varias propiedades que nos inducen a considerar esta hipótesis:

  • Almacén de información genética
  • Actividad enzimática
  • Transmisión de información genética

  Sin embargo, como se ha comentado al principio de la entrada, los polímeros de RNA son frágiles, de hecho son más fácilmente hidrolizables que los de DNA, pueden romperse mediante radiaciones ultravioletas, o también reaccionan fácilmente con diversas moléculas del medio, estos graves inconvenientes para explicar la abiogénesis a partir de un caldo prebiótico cargado de RNA llevaron a buscar moléculas similares al RNA proponiendo un extraño mundo pre-RNA poco creíble. Por otra parte, el descubrimiento de los iRNA o de interferencia volvió a reforzar la idea de que pudo haber existido un mundo RNA ya que participan en la expresión proteica y en la alteración de la expresión génica, tratándose de una funcionalidad natural en muchas plantas que lo emplean para defenderse de virus.

 

  En definitiva, aunque en estos temas de la abiogénesis sólo se puede afirmar “Omne vivum ex vivo” se trata de una sugerente hipótesis de trabajo sobre la que se van acumulando cada vez más datos interesantes.

 

  Un saludo

 

Referencias :

 

The RNA World” by Sidney Altman, 1989 Nobel Laureate in Chemistry

 

Ribozyme-Catalyzed Primer Extensión by Trinucleótides: A Model for the RNA-Catalyzed Replication of RNA. Jennifer A. Doudna, Nassim Usman & Jack W. Szostack. Biochemistry, March 1993, 32(8), pp.2111-2115Mundo RNA

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Un replicante con código genético expandido

Publicado en por biologo

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cf/Plasmid_%28english%29.svg/320px-Plasmid_%28english%29.svg.png  Hace un par de años publiqué un artículo sobre el código genético en la revista Journal of Feelsynapsis (JoF), se trataba de un artículo de divulgación sobre un tema sumamente interesante ya que los códigos genéticos, valga la comparación, vienen a ser como diferentes alfabetos en los que se "escribe" el lenguaje de la vida. De entre todos estos códigos hay uno que destaca sobremanera sobre el resto, es el código genético canónico o universal, el más habitual y común, aunque hay otros en microorganismos y mitocondrias. Tanto el código genético canónico como el resto de códigos genéticos naturales tienen en común que sólo utilizan 4 letras: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T) para codificar los 20 aminoácidos esenciales.
  Pues bien, un equipo de investigación norteamericano dirigido por Floyd Romesberg acaba de publicar en la revista Nature que han desarrollado "in vitro", dentro del campo experimental de la biología sintética, bacterias viables que utilizan seis letras; esto es, han desarrollado un ser vivo que utiliza un código genético expandido. Desde hace algunos años se viene trabajando en los códigos genéticos expandidos, se trata de códigos artificiales desarrollados inicialmente en laboratorio para codificar aminoácidos que no son los naturales, pero que en este caso lo que se ha logrado es replicar ADN añadiendo dos nuevas letras: d5SICS y dNaM a un plásmido (fragmento de ADN extracromosómico).

 

 Han demostrado que mediante un transportador algal de nucleótidos trifosfato, expresado exógenamente, han importado los trifosfatos: d5SICS y dNAMTP en  E. coli y que la maquinaria endógena de replicación de la bacteria replica un plásmido que contiene pares d5SICS-dNAMTP. No se observa mayor crecimiento por usar estos nucleótidos adicionales ni tampoco se advierte que las rutas de reparación del DNA eliminen eficintemente estas parejas de nucleótidos añadidas.
  En definitiva han logrado un organismo, yo diría que casi un replicante de Escherichia coli, que se propaga a la vez que replica el código genético expandido que hay en el plásmido.

 

 ¿ Para qué puede servir esto ?

  Es toda una incógnita. En principio los investigadores piensan que puede ser muy útil para producir nuevos medicamentos, sin embargo hasta no hace mucho parecía que los códigos genéticos expandidos eran poco útiles, de hecho el canónico se puede considerar un código óptimo difícil de mejorar por lo que  no está nada claro si esta vez va a ser mejor. Lo que es un logro en sí mismo es haber creado un ser vivo que utiliza y replica código genético expandido.


  Estos descubrimientos más propios de la Ciencia ficción, dan una imagen extraña del futuro que espera a la humanidad, ¿ serán los siguientes pasos de estas investigaciones desarrollar replicantes ? La verdad que la biología sintética está realizando importantes logros. Que acaben recreando o no un mundo ciberpunk, similar al de la película "Blade runner" dependerá del uso que le demos a estos nuevos seres vivos de laboratorio.

 

 

  Un saludo


Referencias:


A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet


El código genético


Life engineered with expanded DNA code

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Código de barras del DNA

Publicado en por biologo

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/Plains_Zebra_Equus_quagga.jpg/399px-Plains_Zebra_Equus_quagga.jpgIntroducción


  El código de barras es una serie de rayas paralelas verticales de distinto grosor y separadas por diferente espacios en blanco que contienen así un número, de hecho cuando el escáner, que mediante un láser lee el código de barras, no puede capturarlo porque tiene algún fallo en la etiqueta el código se introduce a mano mediante un teclado numérico.

  Código de barras de ADN y la citocromo oxidasa


  Cuenta el principal descubridor de esta poderosa técnica, el Dr. Hebert, que se le ocurrió mientras paseaba por un supermercado y viendo los códigos de barras de los productos se paró a pensar en cómo el almacén contabiliza la mercancía gracias a ellas.

  Entonces él y sus colaboradores se decidieron a buscar un segmento de ADN que estuviese en todas las especies y que permitiese distinguir una de otra. Se pusieron manos a la obra y gracias a las poderosas técnicas de la biología molecular, como la PCR, la secuenciación de ADN, etc. empezaron a buscar... hasta que encontraron una secuencia de 648 pares de bases en el gen de la enzima citocromo c oxidasa I que, una vez sintetizada, se localiza en la membrana  mitocondrial interna. Esta proteína transmembranar recibe los electrones de los citocromos c reducidos y los transfiere al oxígeno molecular como aceptor final, en la última reacción de la cadena respiratoria :

4 citocromo c(2+) + 4 H+ + O2  4 citocromo c (3+) + 2 H2O  

  La citocromo oxidasa es el último complejo de la cadena respiratora que bombea protones, y los 4 electrones son cedidos al oxígeno para reducirlo a agua a la vez que se bombean protones desde la matriz al lado externo de la membrana interna mitocondrial. Esta reacción se realiza mediante un complejo de al menos 8 subunidades, de las cuales tres (I, II y III) están codificadas en el genoma mitocondrial. El gen de la primera es el que contiene el “código de barras de DNA” porque en el se localiza la secuencia de 648 pb que varía lo justo entre animales para distinguir una especie de otra.

  La taxonomía no cambiará

  Los códigos de barras del CO1 distinguen el 98% de las especies animales identificadas en estudios taxonómicos precedentes, en el tanto por ciento restante se trata de especies que hibridan con frecuencia, esto es de especies muy emparentadas.

  Una vez se determina cual es el código de barras de una especie se prepara una biblioteca de referencia con la que se tienen que comparar los ejemplares que se quieran identificar a partir de ahora con esta revolucionaria técnica.

  En el año 2005 se creó el consorcio para el código de barras de la vida (CBOL) para coordinar la implementación de esta monumental biblioteca.

  Por último, hay que aclarar que esta forma de identificar especies no significa ni mucho menos el final de la taxonomía actual que va a seguir como hasta ahora. Se trata de una nueva forma de identificar especímenes y que a la vez está ayudando a una mejor clasificación, especialmente en temas  controvertidos como el de las especies crípticas.

  En todo caso el futuro de este trabajo es muy prometedor, especialmente en lo que afecta a la conservación de la biodiversidad. 

  El código de barras de ADN para plantas, no está tan afinado como el de animales, así que lo dejamos para otra entrada.

  Un saludo

  Referencias: 

   El código de barras de la vida
  Stoeckle, MY. y Hebert, PD. "Investigación y ciencia", diciembre de 2008

  Stryer, L. “Bioquímica” Ed. Reverté

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El secreto de Popeye por fin descubierto.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/7/7a/Popeye-comic-book-cover.jpg/180px-Popeye-comic-book-cover.jpgImportante descubrimiento publicado en Cell


El nitrato, es un abundante anión inorgánico presente en vegetales. Al comerlo es transformado “in vivo” a óxidos de nitrógeno bioactivos entre los que se incluye el óxido nítrico (NO). Un nuevo estudio relacionado con este tema apareció en febrero de 2011 en la prestigiosa revista científica Cell Metabolism indicando que mejora el rendimiento físico incrementando la eficiencia de las mitocondrias. El estudio firmado por Larsen y otros colaboradores fue dirigido por Eddie Weitzberg del Instituto Karolinska en Estocolmo (Suecia). Descubrieron que la dieta rica en nitrato alimenta una ruta que produce óxido nítrico (NO) gracias a la ayuda de bacterias que viven en nuestra boca. Estos científicos habían demostrado que el nitrato en la dieta reduce el consumo de oxígeno durante el ejercicio físico, pero el mecanismo subyacente permanecía desconocido. Luego, en este estudio vieron que unos voluntarios saludables, tras ingerir una pequeña dosis de nitrato inorgánico durante tres días, consumían menos oxígeno cuando realizaban ejercicios aeróbicos. Las mitocondrias del músculo esquelético recogidas tras el suplemento de nitrato mostraron mejora en la eficiencia de la fosforilación oxidativa (relación P/O), y esta mejora de la relación P/O mitocondrial se correlaciona con la reducción del consumo de oxígeno durante el ejercicio. Parece ser que el aumento de la eficiencia energética mitocondrial se debe a menores niveles, por reducción en su expresión, de la ATP/ADP translocasa, proteína que participa en la conductancia protónica extrayendo ATP a través de la membrana mitocondrial interna. De hecho, las mitocondrias normalmente no son completamente eficientes, y mecanísticamente el nitrato redujo la expresión de la ATP/ADP translocasa. La principal conclusión es que el nitrato de la dieta tiene profundos efectos en la función mitocondrial basal.


Recomiendan más espinacas y menos enjuagues bucales


Eddie Weitzberg comentó en una entrevista que las cantidades de nitrato de las que se está hablando se encuentran en 2 ó 3 remolachas rojas, Beta vulgaris L. o en un plato de espinacas, Spinacia oleracea L. vamos que no recomendaba a nadie tomar suplementos de nitrato inorgánico. De hecho hasta hace poco se pensaba que el nitrato carecía de valor nutricional, e incluso recuerdo de mi paso por la Universidad como se nos comentaba en clase que las plantas con altas cantidades de nitrato podían resultar incluso tóxicas si se abusaba de ellas en la dieta. Obviamente tras estos descubrimientos estas afirmaciones ya no se sostienen porque la dieta rica en nitrato alimenta una ruta que produce óxido nítrico (NO) gracias a la ayuda de bacterias que conviven con nosotros en nuestras bocas. El NO es una molécula fundamental que participa en numerosos procesos clave de nuestra fisiología al actuar como mensajera en numerosos procesos patológicos que sería excesivamente largo detallar aquí y que van desde participar en la respuesta inmune hasta estimular la erección del pene. Los siguientes pasos de esta interesante línea de investigación van en la dirección de investigar de qué modo afecta esto a personas con disfunciones mitocondriales, diabetes y enfermedades cardiovasculares. Los investigadores también comentaron que ciertos enjuagues bucales son nefastos para las bacterias orales que inician la reducción del nitrato y desaconsejan su uso si queremos aprovecharnos de una dieta rica en nitrato.


Deportistas como Popeye


Este descubrimiento promete consecuencias interesantes. En los años 30 las espinacas se pusieron de moda en norteamérica, en parte porque como por la depresión se comía menos carne había que comer alimentos más baratos, pero luego volvió a pasar de moda. Quien sabe, puede que ahora algunos deportistas antes de competir coman más espinacas que el mismísimo Popeye el marino.

Referencias:

Dietary Inorganic Nitrate Improves Mitochondrial Efficiency in Humans
Larsen, FJ., Schiffer, TA., Borniquel, S., Sahlin, K., Ekblom, B., Lundberg, JO., and Weitzberg, E. Volume 13, Issue 2, 2 February 2011, Pages 149-159


Want more efficient muscles? Eat your spinach

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