Las ribozimas, un fascinante tipo de ARN con habilidades catalíticas, han desafiado nuestra comprensión tradicional de la catálisis biológica, demostrando que no solo las proteínas, sino también los ARN pueden actuar como catalizadores en reacciones bioquímicas. Estas moléculas de ARN son capaces de cortar y formar enlaces covalentes de manera autónoma, sin necesidad de proteínas coadyuvantes pero en presencia de iones de magnesio, lo que las convierte en herramientas moleculares excepcionales.
Entre las ribozimas, destaca un grupo particularmente intrigante: los intrones autocatalíticos del grupo I. Estos fragmentos de ARN, de aproximadamente 413 nucleótidos de longitud, se encuentran en una diversidad de contextos genómicos, incluidos rRNA, tRNA y genes de proteínas, abarcando desde hongos y DNA mitocondrial hasta cloroplastos y bacteriófagos. Lo que hace a estos intrones tan especiales es su conservación estructural a través de la evolución, revelada mediante análisis filogenéticos y estudios de mutaciones y mapeo estructural tanto in vivo como in vitro.
Los intrones del grupo I se organizan en nueve dominios estructurales, etiquetados de P1 a P9, que albergan los sitios cruciales para el procesamiento del ARN. Dentro de esta estructura, una secuencia guía interna (IGS) juega un papel crítico, situándose estratégicamente antes del sitio de procesamiento 5' y enmarcando los sitios de procesamiento exónico. Esta configuración permite una precisa definición de los sitios de corte y unión 5' y 3' mediante el emparejamiento de bases entre los dominios P1 y P9 con la IGS, delineando así los límites precisos para la acción catalítica.
La magia de la catálisis por estos intrones se manifiesta en dos pasos de transesterificación: inicialmente, el extremo 3' del ARN intrónico se une a un nucleótido guanosina y realiza un ataque al fosfato en el sitio de procesamiento 5', formando un enlace fosfodiéster robusto. Posteriormente, el extremo 3' de la región exónica 5' lanza un ataque similar al fósforo en el sitio 3', culminando en la liberación del intrón y la unión de los exones. Este mecanismo no solo subraya la habilidad autocatalítica del grupo I de intrones, sino que también demuestra la sofisticación con la que estas ribozimas manipulan la química del ARN para ejecutar funciones esenciales de procesamiento genético, dividiéndose en cuatro subgrupos principales según sus características específicas.
Los intrones autocatalíticos del grupo II, descubiertos en ciertos hongos, mitocondrias vegetales y cloroplastos, despiertan un gran interés por su potencial conexión evolutiva con los intrones de los pre-mRNA. Esta relación se sugiere por la similitud en sus mecanismos de corte y ligadura, lo que implica un paralelismo en el procesamiento del pre-mRNA y estos intrones. Su funcionamiento inicia con el procesamiento de la unión intrón-exón 5', seguido por la formación de una unión 2' a 5' entre un residuo adenosina específico de la región 3' y el nucleótido inicial, comúnmente guanina, de la región 5'. Este proceso culmina con la unión de los exones y la liberación del intrón en forma de lazo.
Una detallada caracterización de su estructura secundaria revela la presencia de seis dominios estructurales, etiquetados del 1 al 6, entre los cuales se encuentran dos regiones críticas: los sitios de enlace al exón (EBS) y los sitios de enlace al intrón (IBS). La interacción entre estas regiones y el subsecuente ataque nucleofílico rememora el procesamiento del pre-mRNA, en el cual intervienen varios snRNA nucleares.
Por otro lado, encontramos a las ribozimas conocidas por su capacidad autocatalítica, entre las cuales destaca la ribozima tipo martillo. Esta estructura en forma de Y integra dos tallos que forman los brazos y un tercer tallo en la base. Su centro catalítico, definido por dominios estructurales específicos y secuencias consenso, facilita el corte de enlaces fosfodiéster, generando productos con fosfatos cíclicos y extremos hidroxílicos, en reacciones dependientes de iones de magnesio.
Dentro de este grupo se incluyen varias formas: la clásica ribozima tipo martillo encontrada en viroides y RNA satélites de plantas; la ribozima tipo horquilla, presente en RNA satélites vegetales; la ribozima delta, identificada en el virus de la hepatitis delta; y finalmente, la ribozima de neurospora, que se localiza en mitocondrias.
El último grupo reconocido hasta la fecha es el RNA de la RNasa P, destacado por su rol en el procesamiento de los precursores del tRNA, demostrando la diversidad y complejidad funcional de estas moléculas de RNA con capacidades catalíticas. Estas ribozimas no solo subrayan la riqueza de la catálisis ARN en la naturaleza, sino que también sugieren caminos evolutivos compartidos entre mecanismos de procesamiento de ARN en diversos dominios de la vida.