Ribocima

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
O ribocima "cabeza de martelo" presente no xenoma de certos viroides de plantas.

Os ribocimas (contracción de ácido ribonucleico e encimas e tamén escrito ribozimas) son ARNs que teñen a propiedade de catalizar unha reacción química específica, polo que teñen actividade de encimas.

A descuberta destas moléculas nos anos 1980, realizada independentemente por Thomas Cech e Sidney Altman, foi unha grande sorpresa naquel momento, porque ata entón as proteínas eran as únicas macromoléculas coñecidas que poden catalizar reaccións químicas.

As propiedades catalíticas dos ribocimas están ligadas á capacidade do ARN de sufrir pregamento para formar unha estrutura compacta ben definida, que, como sucede nas proteínas, permite a formación de cavidades que forman sitios de fixación de ligandos (centros activos). Alí están situados grupos químicos reactivos coa orientación precisa, que realizan a catálise propiamente dita.

Algúns ribocimas poden usarse como axentes terapéuticos, como biosensores, ou teñen aplicacións en xenómica funcional e na descuberta de xenes.[1]


Exemplos de ribocimas[editar | editar a fonte]

Corte dun ARN realizado por un ribocima.

Coñécense un certo número de ARN naturais que teñen unha capacidade riboencimática demostrada ou son ribocimas probables ou son ARN autocatalíticos (que son eles mesmos o seu propio substrato). Estes últimos só catalizan a súa reacción unha soa vez, polo que stricto sensu non terían unha verdadeira actividade de encima. Salientaremos os exemplos seguintes:

  • A ribonucleasa P implicada na maduración dos ARNt ten unha actividade encimática demostrada. Trátase dun ribocima natural presente en todas as células[2]. Componse dun ARN catalítico e dunha ou varias proteínas accesorias. A súa función é a de catalizar a maduración dos ARNt.
  • O ribosoma pode considerarse un ribocima, o cal quedou establecido de maneira indirecta pero clara grazas á resolución da súa estrutura cristalográfica. O sitio activo do ribosoma, que cataliza a reacción de síntese dos enlaces peptídicos (actividade peptidil transferase), está formado por ARNr de 23 S[3].
  • Os intróns que realizan o seu auto-splicing, poden escindirse especificamente do resto do ARN en ausencia de proteínas. Neste caso, aínda que son quen de promover o seu propio splicing, non teñen actividade de encimas en senso estrito, porque catalizan a reacción unha soa vez, sen que se recicle o catalizador (os encimas non se alteran despois de ter lugar a reacción que catalizan e poden volver a actuar indefinidamente).
  • Os riboswitches (ribointerruptores) que se encontran en certos ARNm teñen unha actividade autolítica: córtanse eles mesmos cando se unen a un ligando activador. Un exemplo é o riboswitch específico da glicosamina-6-fosfato.
  • O espliceosoma, un complexo ribonucleoproteico responsable do splicing dos intróns dos eucariotas, é probablemente un ribocima.
  • O ARN de certos virus contén estruturas con actividade de corte autocatalítico, como o ribocima "en cabeza de martelo" característico dun viroide que infecta o aguacate (Persea gratissima).

Existen tamén ribocimas artificiais, illados no laboratorio a partir dun proceso de selección in vitro chamado SELEX.

Unha lista completa dos ribocimas naturais coñecidos é a seguinte: ARNr de 23 S (peptidil transferase), ARNase P, intróns catalíticos dos grupos I e II, o ribocima ramificador GIR1[4], Leadzyme (creado inicialmente in vitro e atopado despois na natureza), ribocima forquita (hairpin), ribocima cabeza de martelo, ribocima do virus da hepatite delta, ribocima CPEB3 de mamíferos, ribocima VS, ribocima activado pola glicosamina-6 fosfato glmS (un riboswitch), ribocima da escisión cotranscricional da beta-globina.

Os ribocimas e a orixe da vida[editar | editar a fonte]

A descuberta dos ribocimas tivo un grande impacto no estudo da orixe da vida. Se o ARN pode catalizar reaccións e á vez, como fai o ADN, almacenar a información xenética, é doado imaxinar un mundo prebiótico no que o ARN fose o precursor de todas as funcións biolóxicas. Esta hipótese denomínase o mundo de ARN[5]. Os investigadores que estudaron a orixe da vida crearon ribocimas no laboratorio que podían en condicións específicas catalizar a súa propia síntese, como por exemplo, un ribocima ARN polimerase.[6] Nestes experimentos provocouse mutaxénese e selección e obtivéronse variantes melloradas do ribocima polimerase "Round-18" atopado en 2001. A variante "B6.61" pode engadir uns 20 nucleótidos a un molde cebador en 24 horas, ata que a cadea se descompón pola hidrólise dos seus enlaces fosfodiéster.[7] O ribocima "tC19Z" pode engadir ata 95 nucleótidos cunha fidelidade de 0,0083 mutacións/nucleótido.[8]

Se a hipótese do mundo de ARN é correcta debemos considerar aos ribocimas actuais como fósiles químicos dun mundo primitivo baseado principalmente na química do ARN.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Hean J, Weinberg MS (2008). "The Hammerhead Ribozyme Revisited: New Biological Insights for the Development of Therapeutic Agents and for Reverse Genomics Applications". RNA and the Regulation of Gene Expression: A Hidden Layer of Complexity. Caister Academic Press - Norfolk, England. ISBN 1-904455-25-5. http://www.horizonpress.com/rnareg.
  2. Guerrier-Takada c. et al (1983). "The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme.". Cell 35: 849-857. PMID 6197186.
  3. Nissen P.et al (2000). "The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis.". Science 289: 920-930. PMID 10937990.
  4. Nielsen H, Westhof E, Johansen S (2005). "An mRNA is capped by a 2', 5' lariat catalyzed by a group I-like ribozyme". Science 309 (5740): 1584–7. DOI:10.1126/science.1113645. PMID 16141078.
  5. Gilbert W. (1986). "Origin of life: The RNA world". Nature 319: 618. DOI:10.1038/319618a0.
  6. Johnston WK, Unrau PJ, Lawrence MS, Glasner ME, Bartel DP (May 2001). "RNA-catalyzed RNA polymerization: accurate and general RNA-templated primer extension". Science 292 (5520): 1319–25. DOI:10.1126/science.1060786. PMID 11358999.
  7. Zaher HS, Unrau PJ (July 2007). "Selection of an improved RNA polymerase ribozyme with superior extension and fidelity". RNA 13 (7): 1017–26. DOI:10.1261/rna.548807. PMC 1894930. PMID 17586759. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1894930.
  8. Wochner A, Attwater J, Coulson A, Holliger P (April 2011). "Ribozyme-catalyzed transcription of an active ribozyme". Science 332 (6026): 209–12. DOI:10.1126/science.1200752. PMID 21474753.