Ribozimas y ARN Catalítico

Moléculas de ARN que actúan como enzimas —desde intrones de autoempalme hasta el ribosoma— y lo que su existencia implica para el origen de la vida.

Definition

Las ribozimas son moléculas de ARN que catalizan reacciones bioquímicas específicas; el ARN catalítico es el fenómeno más amplio de la catálisis basada en ARN, en la que un sitio activo de ARN plegado, en lugar de una proteína, acelera una reacción como la escisión, la ligación del ARN o la formación de enlaces peptídicos.

Scope

Este tema abarca las reacciones catalizadas por ARN y las moléculas que las realizan: intrones de autoempalme de los grupos I y II, el componente de ARN de la RNasa P, ribozimas pequeñas de autocorte y el ribosoma como principal ejemplo de una ribozima natural. Aborda cómo los sitios activos de ARN plegados logran la catálisis y la importancia del ARN catalítico en la hipótesis del mundo de ARN. La biología general de la estructura del ARN se trata en un tema complementario.

Core questions

• ¿Cómo puede una molécula de ARN catalizar una reacción química?
• ¿Qué tipos de reacciones llevan a cabo las ribozimas naturales?
• ¿Por qué se considera al ribosoma una ribozima?
• ¿Qué implica el ARN catalítico sobre la evolución temprana de la vida?

Key theories

El ARN puede ser una enzima

La demostración de Cech de que un intrón de Tetrahymena se escinde a sí mismo sin proteínas estableció que el ARN puede plegarse en un sitio activo y catalizar una reacción, lo que derribó la suposición de que todas las enzimas son proteínas.

Implicación del mundo de ARN

Debido a que el ARN puede tanto almacenar información como catalizar reacciones, incluida la formación de enlaces peptídicos en el ribosoma, el ARN catalítico apoya la hipótesis de que un metabolismo basado en ARN precedió a las enzimas de ADN y proteínas.

Mechanisms

Una ribozima se pliega en una estructura terciaria precisa que posiciona grupos reactivos y a menudo coordina iones metálicos para estabilizar los estados de transición, de manera muy similar a como lo hace una enzima proteica. Los intrones de autoempalme catalizan su propia escisión a través de reacciones de transesterificación; la subunidad de ARN de la RNasa P escinde los ARN de transferencia precursores; las ribozimas pequeñas de autocorte seccionan su propia cadena principal; y el ARN del ribosoma cataliza la formación de enlaces peptídicos. En cada caso, el poder catalítico reside en el propio ARN plegado, a veces asistido por proteínas asociadas.

Clinical relevance

Las ribozimas diseñadas y la naturaleza ribozímica del ribosoma informan las herramientas de investigación dirigidas al ARN y la acción antibiótica; se ofrece como significado, no como guía clínica.

History

El informe de Cech de 1982 sobre el ARN de autoempalme y el trabajo paralelo de Altman sobre el ARN catalítico de la RNasa P establecieron el ARN catalítico, reconocido con el Premio Nobel de Química de 1989; trabajos estructurales posteriores que mostraron que el ribosoma es una ribozima consolidaron la importancia catalítica del ARN.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

¿Qué es una ribozima?

Una molécula de ARN que actúa como enzima, utilizando su estructura plegada para catalizar una reacción química como cortar o unir ARN.

¿Por qué es importante el ARN catalítico para el origen de la vida?

Demuestra que un tipo de molécula puede tanto contener información como catalizar reacciones, lo que hace plausible una vida temprana basada en ARN antes de que existieran el ADN y las proteínas.