La estructura de los orígenes

Basado en un informe de la UC Santa Cruz #3# Los investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz, han descubierto la estructura tridimensional de un enzima del ARN, o “ribozima”, que produce una reacción fundamental necesaria para producir moléculas de ARN. Sus resultados proporcionan el conocimiento de lo que podría haber sido la primera molécula capaz de auto-replicarse que surgió hace miles de millones de años en el camino evolutivo hacia la aparición de la vida. En todas las formas de vida conocidas actualmente, la síntesis de las moléculas de ADN y de ARN es llevada a cabo por enzimas formadas por proteínas. Las instrucciones para crear esas proteínas están contenidas en los genes formados de ADN o ARN (ácidos nucleicos). La circularidad de este proceso plantea un desafío a las teorías de los orígenes de la vida. “¿Qué fue primero, los ácidos nucleicos o las proteínas? Esta pregunta pareció una vez no tener sentido, pero con el descubrimiento de los ribozimas, ahora es posible imaginar un ‘Mundo de ARN’ prebiótico, en el cual los ribozimas con capacidad de autorreplicación llevaron a cabo ambas tareas, dijo William Scott, profesor asociado de Química y Bioquímica en la Universidad de California en Santa Cruz. Scott y el investigador posdoctoral Michael Robertson descubrieron la estructura de un ribozima que une dos subunidades de ARN en la misma reacción que se lleva a cabo en los sistemas biológicos por la proteína conocida como ARN polimerasa. Los descubrimientos son publicados en el artículo del 16 de marzo de la revista Science. “Un ARN dependiente del ribozima ARN polimerasa es el fundamento de todas las hipótesis del mundo sobre el ARN”, dijo Robertson. “Con eso podrías tener un ARN capaz de hacer réplicas de sí mismo; las mutaciones o los errores en algunas copias darían lugar a variaciones que podrían actuar sobre la selección natural de Darwin, y las moléculas evolucionarían en ribozimas más grandes y mejores. Esto es lo que hace a esta estructura tan interesante”. #4# Robertson y Scott determinaron la estructura de un ribozima que no es completamente una molécula de ARN capaz de replicarse a sí misma, pero que lleva a cabo la reacción fundamental requerida de tal molécula -- una reacción en cadena de la ligasa que une dos subunidades de ARN. Robertson obtuvo la ribozima ligasa a través del desarrollo en probetas cuando era estudiante graduado en la Universidad de Texas, trabajando en el laboratorio de bioquímica Andrew Ellington. A partir de una mezcla de moléculas de ARN sintetizadas al azar y seleccionadas para que tuvieran las propiedades deseadas, los investigadores son capaces de desarrollar enzimas ARN desde cero. En el laboratorio Ellington, Robertson desarrolló la ribozima ligasa (llamada ligasa L1) y determinó qué partes eran imprescindibles para su función y qué partes podrían eliminarse para crear una “mínima estructura”. En la Universidad de California en Santa Cruz, empezó intentando que creciesen cristales de ribozimas, de modo que pudiese usar la cristalografía por rayos X para determinar su estructura. Cristalizar el ARN es extremadamente difícil, y Robertson probó docenas de versiones diferentes de ribozimas bajo diferentes condiciones antes de lograr el éxito. Usando la cristalografía por rayos X - la cual produce un brillante haz de rayos X a través de los cristales y analiza el patrón de difracción resultante - Robertson y Scott fueron entonces capaces de determinar la estructura tridimensional de la ribozima. #5# El ribozima tiene tres ramas que irradian desde un núcleo central. La zona activa donde se produce la unión se localiza en una rama, y las estructuras muestran que la molécula se pliega de tal forma que otra rama se sitúa sobre el lugar de unión, formando un saco donde tiene lugar la reacción. Un ión de magnesio unido a una parte de la rama y colocado en el saco juega un papel importante en la reacción, dijo Robertson. La estructura indica que este ribozima seleccionado artificialmente usa mecanismos de reacción que son parecidos a aquellos usados por enzimas formados de forma natural, dijo Robertson. ”La ligasa L1 parece usar estrategias de estabilización del estado de transición y de catálisis ácido-base similares a aquellas que se forman por ribozimas naturales y enzimas proteínicas”, dijo.