Sodium and potassium interactions with nucleic acids

Resumo

Íons metálicos são cofatores essenciais para a estrutura e as funções dos ácidos nucleicos. No entanto, a descoberta precoce na década de 70 do papel crucial do Mg²⁺ na estabilização de estruturas de tRNA ocultou por muito tempo a importância dos cátions monovalentes. Um interesse renovado por esses íons foi trazido no final dos anos 90 pela descoberta de íons de potássio específicos no núcleo de um intrón do grupo I. Sua importância no dobramento e na atividade catalítica dos ácidos nucleicos está agora bem estabelecida. Contudo, a detecção de íons K⁺ e Na⁺ é notoriamente problemática e a questão sobre sua especificidade é recorrente. Aqui revisamos os diferentes métodos que podem ser usados para detectar íons K⁺ e Na⁺ em estruturas de ácidos nucleicos, como cristalografia de raios X, ressonância magnética nuclear ou simulações de dinâmica molecular. Também discutimos a ligação específica versus não específica a diferentes estruturas através de vários exemplos.

Abstract

Metal ions are essential cofactors for the structure and functions of nucleic acids. Yet, the early discovery in the 70s of the crucial role of Mg2+ in stabilizing tRNA structures has occulted for a long time the importance of monovalent cations. Renewed interest in these ions was brought in the late 90s by the discovery of specific potassium metal ions in the core of a group I intron. Their importance in nucleic acid folding and catalytic activity is now well established. However, detection of K+ and Na+ ions is notoriously problematic and the question about their specificity is recurrent. Here we review the different methods that can be used to detect K+ and Na+ ions in nucleic acid structures such as X-ray crystallography, nuclear magnetic resonance or molecular dynamics simulations. We also discuss specific versus non-specific binding to different structures through various examples.