Un misterio clave del proceso de replicación del ADN ha sido descifrado por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah KAUST.
Antes de que una bacteria pueda dividirse, debe hacer una copia de su material genético, las moléculas circulares de ADN que se parecen a bandas de goma agrupadas, a través de un proceso llamado replicación de ADN. En este proceso, las dos cadenas de ADN que forman la molécula circular de ADNRelájese y separe para convertirse en plantillas para generar nuevos hilos.
Para garantizar que el proceso esté bien regulado, la bacteria ha establecido una serie de "obstáculos" o sitios de terminación en el ADN, para garantizar la detención permanente de las horquillas de replicación, estructuras en forma de Y formadas entre las hebras a medida que la molécula de ADN se divide.
El Naturaleza el estudio, dirigido por el estudiante de doctorado KAUST Mohamed Elshenawy y el profesor asociado Samir Hamdan de la División de Ciencias e Ingeniería Biológicas y Ambientales de KAUST, junto con colegas de la Universidad de Wollongong en Australia, mostraron por qué los sitios de terminación podían detenerse permanentementehorquillas de replicación in vitro, mientras que en bacterias vivas, más del 50 por ciento de las horquillas de replicación que se movieron hacia el sitio de terminación continuaron la síntesis sin detenerse1.
Un sitio de terminación comprende una secuencia de terminación de 23 pares de bases Ter unida a la sustancia de utilización del terminal de la proteína Tus. Tus-Ter es inusual porque actúa como el nudo de trinquete en una cuerda de escalada al permitir la progresión de las horquillas de replicaciónde una dirección pero no de la otra. Esta polaridad crea una "trampa" que permite que la primera bifurcación que ingrese entre pero no salga de la región terminal hasta que llegue la otra bifurcación.
Hamdan y su equipo sospecharon que la energía del movimiento o la cinética podría estar actuando en estos sitios de terminación. Usaron imágenes de una sola molécula para grabar películas moleculares que se ampliaron con una alta resolución temporal y espacial sobre el destino de la replicación de Escherichia colise bifurca al acercarse a un sitio de terminación desde cualquier dirección.
Sus resultados mostraron que la eficiencia de la detención de la horquilla se debilita por la competencia cinética entre la tasa de separación de hebras por el motor helicasa en la horquilla y la tasa de reordenamiento de las interacciones Tus-Ter que mantienen el fuerte control de Tus sobre el ADN. Esto significa quelas horquillas de movimiento más rápido superan la reorganización de Tus-Ter y desplazan a Tus, mientras que las más lentas se bloquean efectivamente.
Esto resuelve un misterio de larga data que ha nublado nuestra comprensión de la replicación del ADN y también tiene implicaciones importantes para todos los dominios de la vida.
"Estos hallazgos son sorprendentes para el campo de la enzimología", afirmó Hamdan. Señaló que la demostración de que las tasas de enzimas individuales fluctúan durante la catálisis y que las tasas pueden diferir entre moléculas enzimáticas presumiblemente idénticas son contribuciones novedosas de imágenes de una sola moléculaa la biología.
"Este estudio demostró por primera vez que estas propiedades intrínsecas de las moléculas enzimáticas en realidad impactan en la biología", explicó Hamdan.
La comunicación entre los motores moleculares y las proteínas de unión al ADN de doble cadena es una característica común en la replicación, reparación, recombinación y transcripción del ADN y también en los casos en que se produce un conflicto entre estos procesos. La evolución de diferentes respuestas a la tasa promedio de diferentes moléculaslos motores podrían regular la comunicación entre estos procesos, dijo Hamdan.
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Materiales proporcionado por KAUST - Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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