RNA con poder catalítico

La mayoría de las enzimas conocidas son proteínas, celulares (solubles o demembrana) o extracelulares, como las enzimas digestivas, no obstante existe otro tipode enzimas de naturaleza ribonucleica llamadas ribozimas (Perretó et. al., 2007).Antes se creía que las proteínas eran los agentes que conferían estructura,biorregulación y protección, las enzimas las encargadas de acelerar la velocidad delas reacciones metabólicas y otra clase de macromoléculas, los ácidos nucleicos, eranlos responsables de almacenar la información genética, ambos grupos separados ycon funciones bien definidas. En 1967, Carl Woese, Francis Crick y Leslie Orgelsugirieron que el RNA puede actuar como un catalizador gracias a la formación deestructuras secundarias complejas (Docse, 2013).

No obstante fue hasta 1982 cuando Thomas Cech y sus colaboradores en laUniversidad de Colorado obtuvieron la primera evidencia de que las moléculas deRNA eran capaces de catalizar reacciones químicas. Cech había observado que losnúcleos aislados de las células del protozoario ciliado Tetrahymena thermophilapodían sintetizar el precursor pre-rRNA y efectuar la reacción de splicing en sutotalidad para convertirse en un rRNA maduro. El primer paso fue aislar el precursorpre-rRNA y determinar el número mínimo de componentes nucleares que debíanagregarse a la reacción para obtener un splicing preciso. Se observó que al incubarnúcleos aislados en un medio con cationes monovalentes en baja concentración (5mM de NH4

+), se sintetizaba la molécula de pre-rRNA pero el intrón no se separaba.Esto permitió a los investigadores purificar el precursor intacto, que planeaban utilizarcomo sustrato para ensayar la actividad de splicing en extractos nucleares. Sinembargo, al incubar el precursor purificado por si solo en concentraciones máselevadas de NH4

+ en presencia de Mg2+ y fosfato de guanosina (GMP o GTP), el intrón

se eliminó del precursor. El análisis de la secuencia nucleotídica confirmó que el RNApequeño separado del precursor era el intrón con un nucleotido añadido que conteníaguanina en el extremo 5′. Se demostró que el nucleotido adicional se deriva del GTPagregado a la mezcla de reacción (Karp, 2009).

Había dos explicaciones razonables: el mecanismo de splicing lo efectuaba unaproteína unida firmemente al RNA o la molécula de pre-rRNA era capaz de sufrirsplicing por sí misma. Esta última idea no era fácil de aceptar. Para resolver elproblema de la presencia de una proteína contaminante, Cech y sus colaboradoresrecurrieron a un sistema artificial que no tenía la posibilidad de contener proteínasnucleares de splicing. El pre-rRNA sintetizado in vitro se purificó e incubó por si soloen presencia de iones monovalentes y divalentes y un compuesto de guanosina.Puesto que el RNA nunca había estado en una célula, era imposible que estuvieracontaminado por enzimas celulares de splicing. El pre-rRNA aislado sufrió la reacción

de splicing tal así se comprobó que el RNA tenía que experimentar splicing por sísolo. Los cálculos indicaron que esta reacción se había acelerado alrededor de 10000 millones de veces en comparación con la reacción no catalizada. Así, al igual quelas enzimas proteínicas, el RNA pudo acelerar de modo considerable una reacciónquímica. La principal diferencia entre este RNA y las “enzimas proteínicas estándar”fue que el RNA actúa sobre sí mismo en lugar de hacerlo sobre un sustratoindependiente (Karp, 2009).

Casi al miso tiempo un profesor de la Universidad de Yale, Sidney Altman, demostróque el RNA puede actuar como un catalizador, ya que la RNasa P podía catalizar laescisión del precursor de ARNt en ARNt activa en la ausencia de cualquiercomponente de proteína. En 1989, Cech y Altman ganaron el Premio Nobel deQuímica por su "descubrimiento de las propiedades catalíticas de RNA" (Docse,2013).

El RNA catalítico juega un papel importante en funciones esenciales para la vida, losribozimas coordinan la maquinaria molecular que traduce el RNA en proteínas en laparte funcional del ribosoma, éste se compone de RNA terciarios con motivosestructurales que frecuentemente se coordinan con iones metálicos. Están implicadosen: la formación de enlaces peptídicos en la síntesis de proteínas, en la escisión,ligación del RNA, en procesos de polimerización, fosforilación, aminoacilación,alquilación y glicocilación de ácidos nucleicos, así como en intercambios disulfuro y enla formación de enlaces carbono-carbono (Alberts y Bruce, 2008).

Sus estudios sugieren que en el pasado la célula utilizaba el RNA como materialgenético y como una estructura catalítica, esta hipótesis la propuso Walter Gilbert y seconoce como la "hipótesis del mundo del RNA" del origen de la vida. Así mismo se haestudiado que los ribozimas pueden catalizar la conformación de proteínaspatológicas llamadas priones. Las ribozimas están involucradas en la escisión viralque precede al embalaje de material genético viral en viriones. El RNA viroidalinfeccioso, al que por convenio se le asigna la polaridad (+), es capaz de emplear unaRNA polimerasa preexistente en la célula huésped para producir cadenas depolaridad complementaria (-). Algunos ribozimas pueden ser utilizados como agentesterapéuticos, como biosensores, y para aplicaciones en genómica funcional,descubrimiento de genes y en la industria farmacéutica. Algunos tipos de ribozimas deorigen natural son: la RNasa P, los Grupos I y II de intrones, la VS ribozima, la glmSribozima, la COTC ribozima, en mamíferos la CPEB3 ribozima, la ribozima dehorquilla y en todas las células vivas la peptidil transferasa 23S rRNA. Tambiénexisten RNAs catalíticos artificiales o sintéticos, algunos de ellos se produjeron deestructuras nuevas y otras similares a las existentes en la naturaleza (Docse, 2013).

Referencias

Alberts, Bruce. (2008). Molecular Biology of the Cell. USA: Garland Science.

Docse. (2013). Ribozyme. Recuperado de http://docsetools.com/articulos-para-saber-mas/article_42557.html

Karp, Gerald. (2009). Biología celular. México: McGraw Hill

Peretó, J., Sendra, R., Pamblanco, M. y Bañó C. (2007). Fundamentos Bioquímicos. España: Maite Simón.