Molècules d’àcids nucleics exòtics amb capacitat catalítica: els XNAzims

Xenobioquímica: Encara que hom associa el concepte d’enzim, de catalitzador biològic, amb les proteïnes, ja en el 1967, Carl Woese, Francis Crick i Leslie Orgel havien suggerit a “The Genetic Code” que molècules d’àcid ribonucleic (ARN) podrien constituir catalitzadors biològics. El primer enzim d’ARN (ribozim) fou descobert en el 1982 pel grup de recerca de Thomas R. Cech (Kruger et al., 1982). Breaker & Joyce (1994) descrigueren per primera vegada una molècula d’àcid desoxirribonucleic (ADN) amb capacitat catalítica. Els enzims d’ADN, certament rars, reben el nom de desoxiribozim (DNAzim). ADN i ARN són els dos tipus d’àcids nucleics que trobem en la biosfera. En termes generals, l’ADN és la molècula genòmica (si bé hi ha molts virus que tenen genomes d’ARN o que alternen fases genòmiques d’ADN i d’ARN), mentre que l’ARN compleix nombroses funcions de regulació de l’expressió d’aquests genomes i de la seva traducció en proteomes. Però existeixen altres tipus d’àcids nucleics, com ara l’àcid arabinonucleic (ANA), l’àcid 2′-fluoroarabinonucleic (FANA), l’àcid hexitol-nucleic (HNA) o l’àcid ciclohexen-nucleic (CeNA). Aquests àcids nucleics reben el nom d’àcids nucleics sintètics (XNA), de “polímers genètics sintètics” o d’àcids xenonucleics. Si l’ADN es basa en nucleòtids de desoxirribosa, i l’ARN en nucleòtids de ribosa, aquests XNAs empren xenonucleòtids (d’arabinosa, d’hexitol, de ciclohexè, etc.). A banda dels quatre XNAs esmentats, n’hi ha dos tipus més, i de tots sis s’ha comprovat que poden emmagatzemar i reproduir informació, és a dir que actuen de polímers genètics (Pinheiro et al., 2012). Som encara lluny de construir organismes “xenobiològics” a partir d’aquests XNA. Però el grup de recerca de Philipp Holliger presenta en un article a la revista Nature, diversos exemples de molècules de XNA amb capacitat catalítica, és a dir els primers XNAzims.

Els polímers genètics comparteixen una mateixa base estructural. La diferència és l’ordenament atòmic dels seus monòmers. En el quadre hom contrasta l’ADN (=DNA) amb el de sis àcids xenonucleics. En l’esquema de colors els àtoms de carboni són representats en negre, els àtoms d’oxigen en vermell i els àtoms de fluor en verd.

Els XNAzims

La recerca de possibles XNAzimns la van dissenyar Alexander I. Taylor i Philipp Holliger, de l’MRC Laboratory of Molecular Biology, de Cambridge. La síntesi d’alguns dels monòmers d’aquests experiments (hNTPs, ceNTPs, aGTP) la va fer Piet Herdewijn, de KU Leuven i de l’Université Evry. Victor B. Pinheiro (actualment a l’Institute of Structural and Molecular Biology, de l’UCL) va aportar-hi una nova HNA-sintetasa, desenvolupada en el marc del seu projecte sobre biologia sintètica. Taylor va fer els experiments de síntesi d’oligonucleòtids d’ANA, FANA, HNA i CeNA, i la ulterior selecció a la percaça de molècules que tinguessin alguna activitat catalítica. En la caracterització dels resultats positius hi intervingueren Pinheiro, Alexey S. Morgunov (MRC), Sew Peak-Chew (MRC) i Christopher Cozens. Per determinar l’estructura de les molècules d’interès, Matthew J. Smola i Kevin M. Weeks, de la University of North Carolina, aplicaren les tècniques químiques de SHAPE (acilació selectiva de del grup 2-hidroxil per extensió d’encebador) i de modificació per dimetil-sulfat (DMS).

Amb aquesta selecció, trobaren un ventall d’oligòmers que podien catalitzar la hidròlisi i la concatenació de molècules d’ARN, és a dir que actuaven com a ARN-endonucleases o com a ARN-ligases, respectivament.

Més interessant encara fou un oligòmer de FANA que, amb metall com a cofactor, era capacitat de catalitzar la concatenació d’altres molècules de FANA. Aquest metal·loenzim fou fet servir pels investigadors per a unir diversos segments de FANA fins a construir un dels FANAzims de l’apartat anterior (una ARN-endonucleasa).

Per al desenvolupament de xenoorganismes que emprin aquests àcids nucleics, és probable que els XNAzims no juguin un rol central. Però els autors sí reconeixen la rellevància dels XNAzims en les teories sobre l’origen de la vida. Hom suposa que abans de les actuals cèl·lules d’ADN, hi hagué protocèl·lules basades en ARN (“el món d’ARN”, per emprar l’expressió que utilitzà Walter Gilbert en el 1986). És possible que alguns dels XNA hagi estat la base d’altres protocèl·lules, ja sigui en la nostra biosfera o en les biosferes primigènies d’altres planetes. Cal no descartar tampoc que a la Terra o en altres biosferes, hi hagi formes de vida que no es basin en l’ADN ni en l’ARN sinó en alguns d’aquests XNA.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada