Ribozima
Os ribozimas[1] (contracción de ácido ribonucleico e enzimas) ou ribocimas[2] son ARNs que teñen a propiedade de catalizar unha reacción química específica, polo que teñen actividade de enzimas.
A descuberta destas moléculas nos anos 1980, realizada independentemente por Thomas Cech e Sidney Altman, foi unha gran sorpresa naquel momento, porque ata entón as proteínas eran as únicas macromoléculas coñecidas que podían catalizar reaccións químicas.
As propiedades catalíticas dos ribozimas 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 ribozimas poden usarse como axentes terapéuticos, como biosensores, ou teñen aplicacións en xenómica funcional e na descuberta de xenes.[3]
Exemplos de ribozimas
editar
Coñécense un certo número de ARN naturais que teñen unha capacidade riboenzimática demostrada ou son ribozimas 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 enzima. Salientaremos os exemplos seguintes:
- A ribonuclease P implicada na maduración dos ARNt ten unha actividade enzimática demostrada. Trátase dun ribozima natural presente en todas as células[4]. 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 ribozima, 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 23S[5].
- 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 enzimas en senso estrito, porque catalizan a reacción unha soa vez, sen que se recicle o catalizador (os enzimas 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 ribozima.
- O ARN de certos virus contén estruturas con actividade de corte autocatalítico, como o ribozima "cabeza de martelo" característico dun viroide que infecta o aguacate (Persea gratissima).
Existen tamén ribozimas artificiais, illados no laboratorio a partir dun proceso de selección in vitro chamado SELEX.
Unha lista completa dos ribozimas naturais coñecidos é a seguinte: ARNr 23S (peptidil transferase), ARNase P, intróns catalíticos dos grupos I e II, o ribozima ramificador GIR1[6], Leadzyme (creado inicialmente in vitro e atopado despois na natureza), ribozima forquita (hairpin), ribozima cabeza de martelo, ribozima do virus da hepatite delta, ribozima CPEB3 de mamíferos, ribozima VS, ribozima activado pola glicosamina-6 fosfato glmS (un riboswitch), ribozima da escisión cotranscricional da beta-globina.
Os ribozimas e a orixe da vida
editarA descuberta dos ribozimas 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[7]. Os investigadores que estudaron a orixe da vida crearon ribozimas no laboratorio que podían en condicións específicas catalizar a súa propia síntese, como por exemplo, un ribozima ARN polimerase.[8] Nestes experimentos provocouse mutaxénese e selección e obtivéronse variantes melloradas do ribozima 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.[9] O ribozima "tC19Z" pode engadir ata 95 nucleótidos cunha fidelidade de 0,0083 mutacións/nucleótido.[10]
Se a hipótese do mundo de ARN é correcta debemos considerar aos ribozimas actuais como fósiles químicos dun mundo primitivo baseado principalmente na química do ARN.
Notas
editar- ↑ BUSCatermos ribozima
- ↑ Ribocima Arquivado 09 de maio de 2019 en Wayback Machine. no Dicionario de Bioloxía galego-castelán-inglés, do Centro Ramón Piñeiro para a Investigación en Humanidades
- ↑ Hean J, Weinberg MS (2008). "The Hammerhead Ribozyme Revisited: New Biological Insights for the Development of Therapeutic Agents and for Reverse Genomics Applications". En Morris KL. RNA and the Regulation of Gene Expression: A Hidden Layer of Complexity. Caister Academic Press - Norfolk, England. ISBN 1-904455-25-5.
- ↑ Guerrier-Takada, C.; Gardiner, K.; Marsh, T.; Pace, N.; Altman, S. (1983). "The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme.". Cell 35: 849–857. PMID 6197186.
- ↑ Nissen, P.; Hansen, J.; Ban, N.; Moore, P.B.; Steitz, T.A. (2000). "The structural basis of ribosome activity in peptide bond synthesis.". Science 289: 920–930. PMID 10937990.
- ↑ 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. PMID 16141078. doi:10.1126/science.1113645.
- ↑ Gilbert, W. (1986). "Origin of life: The RNA world". Nature 319: 618. doi:10.1038/319618a0.
- ↑ Johnston WK, Unrau PJ, Lawrence MS, Glasner ME, Bartel DP (2001). "RNA-catalyzed RNA polymerization: accurate and general RNA-templated primer extension". Science 292 (5520): 1319–25. PMID 11358999. doi:10.1126/science.1060786.
- ↑ Zaher HS, Unrau PJ (2007). "Selection of an improved RNA polymerase ribozyme with superior extension and fidelity". RNA 13 (7): 1017–26. PMC 1894930. PMID 17586759. doi:10.1261/rna.548807.
- ↑ Wochner A, Attwater J, Coulson A, Holliger P (2011). "Ribozyme-catalyzed transcription of an active ribozyme". Science 332 (6026): 209–12. PMID 21474753. doi:10.1126/science.1200752.