Ribozimas: qué son, características, tipos, implicación evolutiva
¿Qué son las ribozimas?
Las ribozimas son ARN (ácido ribonucleico) con capacidad catalítica, que pueden acelerar las reacciones químicas que ocurren en el organismo. Algunas ribozimas pueden actuar solas, mientras que otras necesitan de la presencia de una proteína para realizar la catálisis.
Las ribozimas descubiertas hasta ahora participan en reacciones de generación de moléculas de ARN de transferencia y en las reacciones del splicing: la transesterificación, que participa en la eliminación de intrones de las moléculas de ARN, ya sea mensajero, de transferencia o ribosómico. Dependiendo de su función, se clasifican en cinco grupos.
El descubrimiento de las ribozimas ha despertado el interés de muchos biólogos. Estos ARN catalíticos han sido propuestos como un candidato potencial para las moléculas que, posiblemente, dieron origen a las primeras formas de vida.
Además, muchos virus usan el ARN como material genético y muchos de ellos son catalíticos. Por ello, las ribozimas ofrecen oportunidades para la creación de fármacos que busquen atacar estos catalizadores.
Características de la catálisis
– Las ribozimas son moléculas de ARN catalítico capaces de acelerar las reacciones de transferencia del grupo fosforil en órdenes de magnitud de 105 a 1011.
– En experimentos de laboratorio, también han demostrado participar en otras reacciones, como la transesterificación del fosfato.
Tipos de ribozimas
Existen cinco clases o tipos de ribozimas: tres de estos participan en reacciones de automodificación, mientras que los dos restantes (ribonucleasa P y el ARN ribosomal) usan un sustrato distinto en la reacción catalítica.
En otras palabras, una molécula diferente al ARN catalítico.
Intrones del grupo I
Este tipo de intrones se ha encontrado en genes mitocondriales de parásitos, hongos, bacterias y hasta del virus (como el bacteriófago T4).
Por ejemplo, en el protozoo de la especie Tetrahymena thermofila, un intrón es eliminado del precursor del ARN ribosomal en una serie de pasos: primero, un nucleótido o un nucleósido de guanosina reacciona con el enlace fosfodiéster que une el intrón con el exón –reacción de transesterificación–.
Luego, el exón libre realiza la misma reacción en el enlace fosfodiéster exón-intrón en el extremo del grupo aceptor del intrón.
Intrones del grupo II
Los intrones del grupo II se conocen como “de autoempalme”, ya que estos ARN son capaces de autoempalmarse. Los intrones de esa categoría se encuentran en los precursores del ARN mitocondrial en el linaje de los hongos.
Los grupos I y II y las ribonucleasas P son ribozimas caracterizadas por ser moléculas de gran tamaño, pudiendo alcanzar hasta varios cientos de nucleótidos en longitud, y forman estructuras complejas.
Intrones del grupo III
Los intrones del grupo III se denominan ARN “autocortable” y han sido identificados en los virus patógenos de los vegetales.
Estos ARN poseen la peculiaridad de poder cortarse a sí mismos en la reacción de maduración de los ARN genómicos, partiendo de precursores con muchas unidades.
En este grupo se encuentra una de las ribozimas más populares y estudiadas: la ribozima cabeza de martillo. Esta se halla en agentes infecciosos ribonucleicos de los vegetales, denominados viroides.
Estos agentes requieren del proceso de autoescisión para propagarse y producir varias copias de sí mismo en una cadena de ARN continua.
Los viroides deben ser separados unos de otros, y esta reacción es catalizada por la secuencia de ARN que se encuentra en ambos lados de la región de unión.
Una de estas secuencias es la “cabeza de martillo” y se denomina así por la similitud de su estructura secundaria a este instrumento.
Ribonucleasa P
El cuarto tipo de ribozimas se encuentra formada tanto por moléculas de ARN como por proteínas. En las ribonucleasas, la estructura del ARN es vital para llevar a cabo el proceso catalítico.
En el ambiente celular, la ribonucleasa P actúa igual que los catalizadores proteicos, cortando precursores de ARN de transferencia con el fin de generar un extremo 5′ maduro.
Este complejo es capaz de realizar el reconocimiento de motivos cuyas secuencias no han cambiado en el curso de la evolución (o han cambiado muy poco) de los precursores del ARN de transferencia.
Para unir al sustrato con la ribozima, este no usa de manera extensiva la complementariedad entre las bases.
Se diferencian del grupo anterior (ribozimas cabeza de martillo) y ARN similares a este, por el producto final del corte: la ribonucleasa produce un extremo 5′ fosfato.
Ribosoma bacteriano
Estudios de la estructura del ribosoma de las bacterias han permitido concluir que este también posee propiedades de una ribozima. El sitio encargado de la catálisis se ubica en la subunidad 50S.
Implicaciones evolutivas de las ribozimas
El descubrimiento de los ARN con capacidades catalíticas ha dado pie a hipótesis relacionadas con el origen de la vida y de su evolución en etapas incipientes.
Esta molécula es la base de la hipótesis del “mundo primitivo de ARN”. Varios autores apoyan la presunción de que, hace miles de millones de años atrás, la vida debió empezar con cierta molécula que poseyera la capacidad de catalizar sus propias reacciones.
Así, las ribozimas parecieran ser candidatos potenciales para estas moléculas que originaron las primeras formas de vida.
Referencias
- Devlin, T. M. Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas. Reverté.
- Strobel, S. A. Ribozyme/Catalytic RNA. Encyclopedia of Molecular Biology.
- Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (2014). Fundamentos de Bioquímica. Ed. Médica Panamericana.