Iones metálicos como el magnesio (Mg
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), sodio (Na
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) y potasio (K
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) cumplen importantes funciones biológicas al interactuar con ácidos nucleicos, particularmente ARN (para revisión, ver Pyle 2002). El magnesio es especialmente adecuado para neutralizar la densidad de carga negativa asociada con el esqueleto de fosfato de ARN, por dos razones. Primero, es el catión multivalente intracelular más abundante (Wacker 1969). En segundo lugar, tiene la mayor densidad de carga de todos los iones biológicamente disponibles, debido a su radio iónico relativamente pequeño (0.6 Å). Dos modos generales de Mg
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se ha descrito la unión iónica al ARN: (1) un modo de “unión difusa” que implica interacciones electrostáticas inespecíficas de largo alcance con Mg
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hexahidrato, y (2) un modo de “unión de sitio” que implica la coordinación específica de ligandos aniónicos a Mg parcialmente deshidratado
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(Misra y Draper 1999). Ambos son importantes para la estabilización estructural del ARN. Se entiende menos sobre los roles estructurales de los cationes monovalentes, como el Na
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y K
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, en la estabilización de la estructura del ARN. Sin embargo, la abundancia celular de K
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y su requerimiento estructural específico en al menos dos moléculas de ARN (Basu et al. 1998; Shiman y Draper 2000) sugieren que también puede jugar un papel importante en la estabilización de la estructura terciaria presente en las moléculas de ARN grandes.
Se sabe desde hace décadas que la estructura y la función del ribosoma están fuertemente influenciadas por la presencia de iones metálicos, especialmente Mg
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. Por ejemplo, la asociación in vitro de las subunidades ribosómicas pequeñas y grandes para formar ribosomas intactos depende en gran medida del Mg
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concentración de iones (Chao y Schachman 1956; Chao 1957; Tissieres et al. 1959). Además, el crecimiento de células de Escherichia coli en condiciones de Mg
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el hambre produce el agotamiento de los ribosomas (McCarthy 1962), lo que sugiere que el Mg
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Es esencial para el ensamblaje y la integridad estructural de los ribosomas. De acuerdo con esto, el reemplazo de Mg
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con varias poliaminas en preparaciones purificadas de subunidades ribosómicas grandes de E. coli da como resultado un despliegue irreversible y pérdida de la actividad peptidil transferasa (Kimes y Morris 1973). Otras funciones ribosómicas influenciadas por Mg
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incluyen la polimerización de fenilalanina dirigida por poli-U (Gordon y Lipmann 1967), la unión de polinucleótidos a los ribosomas (Moore 1966) y la unión de los ribosomas a las membranas del retículo endoplásmico. Sin embargo, es difícil evaluar el grado en que tales efectos son consecuencias directas o indirectas de las perturbaciones estructurales del ribosoma.
