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La misteriosa dualità del DNA: in cosa differiscono i desossiribozimi e gli enzimi dell'RNA?
Nei sistemi biologici, gli enzimi sono molecole importanti che facilitano le reazioni chimiche. Sebbene di solito ci concentriamo sugli enzimi proteici e sulle RNasi, negli ultimi anni i desossiribozimi sono gradualmente emersi e sono diventati un argomento caldo nella ricerca scientifica.
La deossiribase, nota anche come DNasi, è un oligonucleotide del DNA in grado di svolgere reazioni chimiche specifiche. Nel frattempo, il ruolo delle RNasi e delle proteinasi come biocatalizzatori è noto da tempo. La ricerca sulla desossiribase ha rivelato le differenze essenziali nelle attività catalitiche del DNA e dell'RNA, il che ci ha fornito una comprensione più profonda di questi due acidi nucleici.
In molti casi, l'attività chimica della desossiribase è più debole di quella della RNasi e della proteinasi.
La rarità della desossiribase è strettamente correlata alla sua struttura chimica. Il DNA è composto da quattro basi chimicamente simili, il che gli consente di eseguire solo un numero limitato di interazioni nelle reazioni catalitiche, come il legame idrogeno, l'impilamento π e la coordinazione degli ioni metallici. Al contrario, le proteine sono composte da un massimo di venti amminoacidi diversi, il che conferisce loro maggiori proprietà catalitiche e diversità. Inoltre, la struttura del DNA solitamente esiste sotto forma di doppia elica, il che ne limiterebbe la flessibilità fisica e la capacità di formare strutture tridimensionali.
Dal 1994, gli scienziati hanno iniziato a esplorare e sintetizzare desossiribozimi con attività catalitica. Prendendo come esempio il GR-5, può catalizzare la scissione dei legami fosfatici, mostrando un'efficienza catalitica 100 volte superiore a quella delle reazioni non catalizzate. Da allora, la comunità scientifica ha scoperto diversi altri deossiribozimi che possono agire in sinergia con i coenzimi metallici, tra cui il deossiribase E2 Mg2+-dipendente e il deossiribase Mg5 Ca2+-dipendente.
Per comprendere più a fondo le funzioni dei desossiribozimi, dobbiamo prima capire che sono significativamente diversi dalle RNasi e dagli enzimi proteici nella struttura e nel meccanismo catalitico.
Inoltre, la selettività della desossiribase mostra anche una speciale selettività chimica. Deossiribozimi specifici hanno un'elevata affinità per alcuni coenzimi metallici come Pb2+ o ioni sodio, che è particolarmente evidente quando si eseguono reazioni di innesto di RNA. Questo tipo di reazione catalitica basata sulla desossiribase e il suo potenziale nella soppressione del virus, nel trattamento dei tumori e in altre applicazioni ne fanno una delle potenziali terapie.
Applicazioni della desossiribase
Il campo di applicazione del deossiribase è piuttosto ampio. La ricerca sui trattamenti per l'asma, la colite ulcerosa e alcuni tumori sta avanzando negli studi clinici. La ricerca mostra che SB010, una desossiribase appositamente progettata, può inibire efficacemente il fattore di trascrizione GATA-3 di una specifica via di segnalazione, mostrando buona efficacia e sicurezza negli studi condotti sotto la guida di infermieri.
L'utilizzo dei desossiribozimi per trascrivere e indirizzare specifici mRNA potrebbe essere la chiave per la futura biomedicina.
Inoltre, i desossiribozimi mostrano potenzialità anche in settori quali il rilevamento ambientale e l'imaging biologico. Ad esempio, la desossiribase è stata utilizzata in passato per rilevare gli ioni di piombo nell’acqua, dimostrando il suo potenziale come biosensore metallico.
Differenze dalla RNasi
Rispetto alla RNasi, i vantaggi della deossiribase sono il rapporto costo-efficacia, l'accuratezza della sintesi e la lunghezza della sequenza. Lo sviluppo della RNasi è iniziato negli anni '80, ma lo sviluppo della DNasi e la sua flessibilità nella sintesi chimica ne hanno dimostrato l'unicità. Ad esempio, quando alcuni catalizzatori del DNA subiscono una sintesi asimmetrica, la modifica delle loro strutture in base alle diverse condizioni di reazione può effettivamente migliorare il loro effetto catalitico.
Sebbene gli attuali catalizzatori tradizionali siano principalmente allungatori di proteine e RNA, la nascita della desossiribase ci ha fatto ripensare al potenziale catalitico degli acidi nucleici e al modo in cui questo potenziale influenzerà la futura biomedicina e chimica sintetica.
Dovremmo forse pensare a come lo studio dei desossiribozimi cambierà la nostra comprensione della biocatalisi e degli acidi nucleici?
