El uso de codones poco frecuentes es un estabilizador energético para mantener el marco de lectura entre el extremo de la cola 3 ‘del ARNr 16s y el ARNm en procariotas, y entre el ARNr 18s y el ARNm en eucariotas.
Es bien sabido que en los procariotas hay una región altamente conservada a corta distancia aguas arriba del codón de inicio de los ARN mensajeros que codifican las proteínas llamada secuencia Shine-Dalgarno, que es altamente complementaria a la cola del 16. Se ha demostrado que este es el sitio de unión al ribosoma (sin embargo, el proceso eucariota es diferente).
Luego se teorizó que la interacción entre la cola y el mensajero no se limita a la unión del ribosoma para el inicio de la traducción, sino que puede desempeñar un papel interactivo con el mensaje a lo largo de la traducción de toda la proteína. Un análisis de procesamiento de señal de la energía libre de unión del delta Gibb entre la cola 16s y el ARNm procariota y entre la cola 18s y el ARNm eucariota reveló una señal de energía periódica distinta de 1/3, o una unión más fuerte cada tres nucleótidos, cada codón:
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La señal de energía libre promediada en las regiones codificadoras de proteínas determinadas experimentalmente muestra la señal más explícitamente, incluida la región de alta afinidad de unión aguas arriba del inicio:
El mismo análisis aplicado a las regiones que no son regiones de codificación revela que no hay una relación señal / ruido significativa por encima del azar. Cuando se examina el componente de fase de la sinusoide, es posible predecir las ubicaciones de los cambios de marco programados en procariotas, así como las transiciones de exón / intrón en genes eucariotas:
Por lo tanto, aunque generalmente es mejor usar los codones que tienen un mayor sesgo en el organismo ya que el ARNt es más abundante, a veces será necesario usar codones menos prevalentes para mantener el ribosoma en el marco de lectura correcto.
Fuentes:
M. Mishra, SK Vu, DL Bitzer, MA Vouk, “Periodicidad de energía libre en la codificación procariota y su papel en la identificación del desplazamiento del marco ribosómico +1 en el gen Escherichia Coli K-12 prfB”. Actas de la 26ª Conferencia Internacional Anual del IEEE EMBS. San Francisco, CA, del 1 al 5 de septiembre de 2004
Chuanhua Xing, Donald L. Bitzer, Winser E. Alexander, Mladen A. Vouk, Anne-Marie Stomp. “Identificación de secuencias de codificación de proteínas utilizando la hibridación de 18 s rRNA y mRNA durante la traducción”. Nucleic Acids Research, 2009. vol. 37, núm. 2, pág. 591-601
L. Ponnala, DL Bitzer, A. Stomp, MA Vouk. “Un modelo computacional para el mantenimiento del marco de lectura”. Actas de la 28ª Conferencia Anual de Internation IEEE EMBS. Ciudad de Nueva York, 30 de agosto al 3 de septiembre de 2006
Chuanhua Xing, “El análisis e identificación de secuencias de codificación de proteínas para levadura utilizando un modelo de energía libre”. Tesis presentada a la Facultad de Graduados de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en cumplimiento parcial de los requisitos para el Grado de Doctor en Filosofía. Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática. Raleigh, Carolina del Norte, mayo de 2007.
