Ribozymes são moléculas de RNA que catalisam reacções químicas. A maioria dos processos biológicos não acontecem espontaneamente. Por exemplo, a clivagem de uma molécula em duas partes ou a ligação de duas moléculas em uma molécula maior requer catalisadores, ou seja, moléculas de ajuda que fazem uma reação ir mais rápido. A maioria dos catalisadores biológicos são proteínas chamadas enzimas. Durante muitos anos os cientistas assumiram que apenas as proteínas tinham a complexidade estrutural necessária para servir como catalisadores específicos em células, mas por volta de 1980 os grupos de pesquisa de Tom Cech e Sidney Altman descobriram independentemente que alguns catalisadores biológicos são feitos de RNA. Estes dois cientistas foram homenageados com o Prêmio Nobel de Química em 1989 por sua descoberta.
Estrutura e Função
Os catalisadores de RNA chamados ribozymes são encontrados no núcleo, mitocôndrias e cloroplastos de organismos eucarióticos. Alguns vírus, incluindo os vírus bacterianos, também possuem ribozimas. Os ribozimas descobertos até à data podem ser agrupados em diferentes tipos químicos, mas em todos os casos o RNA está associado a iões metálicos, como o magnésio (Mg2+) ou potássio (K+), que desempenham papéis importantes durante a catálise. Quase todos os ribozymes estão envolvidos no processamento do RNA. Elas atuam como tesouras moleculares para clivar cadeias precursoras de RNA (as cadeias que formam a base de uma nova cadeia de RNA) ou como “grampeadores moleculares” que ligam duas moléculas de RNA. Embora a maioria de alvos de ribozima são RNA, há agora evidência muito forte que a ligação de aminoácidos em proteínas, que ocorre no ribossomo durante a tradução, também é catalisada por RNA. Assim, o RNA ribosomal é ele mesmo também uma ribozima.
Em algumas reações ribozima-catalizadas, o RNA clivagem e processos de ligação são ligados. Neste caso, uma cadeia de RNA é clivada em dois lugares e a peça central (chamada de intron) é descartada, enquanto as duas peças de RNA de flanco (chamadas de exons) são ligadas entre si. Esta reação é chamada de emenda. Além da emenda mediada por ribozima, que envolve apenas RNA, existem algumas reacções de emenda que envolvem complexos de RNA-proteína. Estes complexos são chamados de pequenas partículas de ribonucleoproteínas do núcleo, abreviadas como snRNPs. Esta classe de emendas é uma característica muito comum do processamento do RNA do mensageiro (mRNA) em eucariotas “superiores”, como os humanos. Ainda não se sabe se a emenda mediada por snRNP é catalisada pelos componentes de RNA. Note também que algumas reações de emenda de RNA são catalisadas por enzimas feitas somente de proteína.
p>algumas moléculas precursoras de RNA têm uma ribozima incorporada em seu próprio intron, e esta ribozima é responsável pela remoção do intron no qual ela é encontrada. Estes são chamados de RNAs auto-reticulantes. Após a reação de emenda estar completa, o intron, incluindo a ribozima, é degradado. Nesses casos, cada ribozima funciona apenas uma vez, ao contrário das enzimas proteicas que catalisam uma reacção repetidamente. Exemplos de RNAs auto emendados incluem os RNAs ribossomais de protozoários ciliados e certos mRNAs de mitocôndrias de levedura.p>alguns vírus RNA, como o vírus delta da hepatite, também incluem uma ribozima como parte da sua molécula de RNA herdada. Durante a replicação do RNA viral, são sintetizados longos filamentos contendo repetições do genoma RNA (informação genética viral). A ribozima então divide as moléculas longas multiméricas em pedaços que contêm uma cópia do genoma, e encaixa esse pedaço de RNA em uma partícula de vírus.
Outros ribozimas trabalham em outras moléculas de RNA. Uma ribozima deste tipo é RNase P, que consiste em uma cadeia de RNA e uma ou mais proteínas (dependendo do organismo). O mecanismo catalítico da RNase P tem sido especialmente bem estudado em bactérias. Esta ribozima processa o RNA de transferência precursora (tRNA) pela remoção de uma extensão da extremidade de 5-prime, para criar a extremidade de 5-prime do tRNA “maduro” (as duas extremidades de uma molécula de RNA são quimicamente distintas e são chamadas de extremidades de 5-prime e 3-prime, referindo-se a carbonos específicos na meada de açúcar dos nucleotídeos terminais). Quando a molécula de RNA da bactéria RNase P é purificada da sua proteína, ainda pode fender o seu alvo precursor de RNAt, embora a um ritmo muito lento, provando que o RNA é o catalisador. No entanto, a(s) proteína(s) da RNase P também tem funções importantes, como a manutenção da conformação adequada do RNA da RNase P e interação com o precursor tRNA.
Rélicos de um “Mundo RNA”
Muitos biólogos supõem que os ribozimas são vestígios de um mundo antigo, prebiótico, que pré-datou a evolução das proteínas. Neste “mundo RNA”, os RNAs foram os catalisadores de funções tais como replicação, clivagem e ligadura de moléculas de RNA. As proteínas são hipotéticas para ter evoluído mais tarde, e como eles evoluíram eles assumiram funções previamente realizadas por moléculas de RNA. Isto pode ter acontecido porque as proteínas são mais versáteis e eficientes em suas funções catalíticas.
No mundo de hoje, a maioria do processamento do precursor tRNA é executado pela ribozyme RNase P, como descrito acima, mas em alguns cloroplastos, esta função é executada por uma proteína que aparentemente não contém RNA. Este pode ser um exemplo da evolução das enzimas proteicas que substituem as ribozimas.
Estudos intensivos de ribozimas têm fornecido regras para o reconhecimento dos seus alvos. Com base nestas regras, tem sido possível alterar ribozimas para reconhecer e clivar novos alvos em moléculas de RNA que normalmente não estão sujeitas à clivagem da ribozima. Estes resultados aumentam a excitante possibilidade de usar ribozimas para terapia humana. Por exemplo, a abundância de moléculas de RNA causadoras de doenças como o HIV, a causa da SIDA, poderia ser reduzida com ribozimas artificiais. Foi alcançado um sucesso considerável no teste destes ribozimas em células modelo. No entanto, a maior questão a ser resolvida é como estes potenciais ribozimas “combatentes de doenças” podem ser introduzidos num paciente e tomados pelas células apropriadas.
ver também Evolução, Molecular; Proteínas; RNA; Processamento de RNA.
Lasse Lindahl
Bibliografia
Cech, T. R. “RNA como Enzima”. Scientific American 255 (1986): 64-75.
Karp, Gerald. Cell and Molecular Biology, 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, 2002.