Ribozima

Qué es la ribozima

En bioquímica, una enzima es cualquier molécula capaz de acelerar una reacción química sin modificarse de forma permanente. Hasta 1982, la comunidad científica asumía que esa capacidad pertenecía en exclusiva a las proteínas. Las ribozimas rompieron esa exclusividad: se trata de moléculas de ARN que adoptan estructuras tridimensionales complejas y, gracias a esas conformaciones, estabilizan estados de transición y catalizan cortes o ligaciones en enlaces fosfodiéster.

Thomas Cech acuñó el término ribozyme combinando ribo- (de ácido ribonucleico) con -zyme (del griego ζύμη, zýmē, «fermento», la raíz que da nombre a las enzimas). En español se adaptó como «ribozima». La RAE no recoge todavía el término, pero su uso es universal en los textos de biología molecular y bioquímica publicados en castellano.

Dos experimentos que cambiaron la bioquímica

En 1982, el laboratorio de Thomas Cech en la Universidad de Colorado estudiaba cómo madura el ARN ribosómico del protozoo ciliado Tetrahymena thermophila. El precursor de ese ARN contenía un intrón del grupo I que, en el tubo de ensayo, se escindía por sí mismo sin que hubiera ninguna proteína presente. La reacción era autocatalítica: el propio ARN cortaba y empalmaba sus segmentos usando un nucleótido de guanosina como cofactor.

De forma independiente, Sidney Altman en Yale investigaba la ribonucleasa P, una enzima que procesa los precursores del ARN de transferencia en bacterias. Al separar los dos componentes de esa enzima (uno proteico y otro de ARN), Cecilia Guerrier-Takada, investigadora posdoctoral en su laboratorio, demostró en 1983 que el componente de ARN, por sí solo, era capaz de catalizar el corte. La proteína ayudaba en condiciones fisiológicas, pero la actividad catalítica residía en el ARN.

Cech y Altman recibieron el Premio Nobel de Química en 1989. La importancia del hallazgo iba más allá de la bioquímica: si el ARN podía almacenar información genética y, al mismo tiempo, catalizar reacciones, era posible imaginar un escenario primitivo en el que la vida se originase a partir de moléculas de ARN autorreplicantes, sin necesidad de proteínas ni de ADN. Esa idea, propuesta por Walter Gilbert en 1986, se conoce como la hipótesis del «mundo de ARN».

Principales tipos de ribozimas naturales

Las ribozimas naturales se clasifican según su tamaño y mecanismo. Las de gran tamaño incluyen los intrones del grupo I (como el de Tetrahymena), los intrones del grupo II (ancestros probables del espliceosoma) y la subunidad de ARN de la ribonucleasa P. A este grupo pertenece también el propio ribosoma: la reacción de formación del enlace peptídico durante la traducción la cataliza el ARN ribosómico de la subunidad mayor, no una proteína. El ribosoma es, en ese sentido, una ribozima.

Entre las ribozimas pequeñas (de 30 a 150 nucleótidos) se encuentran la de cabeza de martillo (hammerhead), la de horquilla (hairpin) y la del virus de la hepatitis delta. Estas catalizan el corte de su propio ARN durante la replicación de determinados virus y patógenos vegetales de ARN. Algunas necesitan iones metálicos divalentes como cofactor; otras prescinden de ellos, lo que durante años alimentó un debate sobre si los metales participaban directamente en la catálisis o solo estabilizaban la estructura.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra ribozima?

Thomas Cech la creó uniendo ribo- (de ácido ribonucleico) con -zyme, forma inglesa derivada del griego ζύμη, «fermento». Es un calco deliberado de enzyme que subraya la idea de una «enzima hecha de ARN». En español se adaptó como «ribozima» siguiendo el patrón de «enzima».

¿Las ribozimas son mejores catalizadores que las enzimas proteicas?

No. Son considerablemente menos versátiles. Las ribozimas naturales catalizan sobre todo reacciones de corte y ligación de enlaces fosfodiéster en cadenas de ARN. Las enzimas proteicas, en cambio, cubren un repertorio químico mucho más amplio, desde reacciones de oxidorreducción hasta transferencias de grupos fosfato o metilo. Esa disparidad de repertorio es, precisamente, una de las razones por las que se cree que las proteínas acabaron sustituyendo al ARN como catalizadores principales a lo largo de la evolución.

¿Qué relación tiene la ribozima con el espliceosoma?

Estrecha. El centro catalítico del espliceosoma está formado casi por completo por moléculas de snRNA (concretamente U2 y U6), no por proteínas. En la práctica, el espliceosoma funciona como una ribozima asistida por un armazón proteico. Se piensa que desciende de los intrones del grupo II, ribozimas autocatalíticas que habrían evolucionado hasta depender de cofactores proteicos.

¿Tienen aplicación médica las ribozimas?

En investigación, sí. Se han diseñado ribozimas artificiales capaces de cortar secuencias específicas de ARN mensajero para silenciar genes concretos. Esta estrategia se ha explorado en modelos experimentales frente a infecciones virales y determinadas enfermedades genéticas, aunque su desarrollo clínico ha quedado en buena parte eclipsado por otras tecnologías de silenciamiento génico más recientes.

Referencias

1. Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM). El ácido ribonucleico, ¿una pista sobre el inicio de la vida?.
2. The Nobel Foundation. The Nobel Prize in Chemistry 1989: Sidney Altman and Thomas R. Cech.
3. Cooper GM. RNA Processing and Turnover. The Cell: A Molecular Approach. NCBI Bookshelf.
4. MedlinePlus. ¿Qué es el ADN no codificante?.