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.

O ribozima "cabeza de martelo" codificado no xenoma de certos viroides de plantas.

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

Corte dun ARN realizado por un ribozima.

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

A 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.