ribozima
In genetica molecolare, molecola di RNA con funzioni catalitiche. I geni degli èucarioti sono costituiti da sequenze nucleotidiche chiamate introni ed esoni; essi sintetizzano mediante la trascrizione RNAm, RNAt e RNAr. Tutti gli RNA sintetizzati vanno incontro a un processo di splicing (taglio-saldatura), durante il quale gli introni trascritti sono rimossi e si formano RNA ‘maturi’. Per lo splicing occorrono proteine e complessi ribonucleoproteici (snRNP). In alcuni tipi speciali di introni (introni del gruppo I e del gruppo II) avviene invece uno splicing autocatalitico, o auto-splicing. In questo caso è una molecola di RNA e non una proteina che funziona da enzima, catalizzando la reazione di scissione, da cui il nome di r.: essa fornisce cioè l’ambiente intramolecolare adatto e i gruppi reattivi necessari a promuovere una serie di transesterificazioni, a cui segue la rimozione di determinati frammenti di RNA.
Lo splicing autocatalitico degli introni del gruppo I, scoperto nei geni per l’RNA ribosomiale di Tetrahymena thermophila da T.R. Cech nel 1981, è presente anche in alcuni geni per l’RNAr e l’RNAt dei cloroplasti delle piante superiori e in alcuni geni per l’RNAr e l’RNAm nei mitocondri di lievito e di altri funghi. Gli introni del gruppo I hanno caratteristiche strutturali comuni; 6 sequenze costituite da circa 10 nucleotidi ciascuna, che si appaiano a due a due, determinando il ripiegamento della molecola in una struttura tridimensionale, che favorisce gli eventi autocatalitici in specifici siti attivi localizzati nelle sequenze di giunzione esone-introne.
Le reazioni autocatalitiche hanno inizio con il legame della guanosina a una sequenza dell’introne; segue una serie coordinata di reazioni di transesterificazione nel corso delle quali si verificano trasferimenti di esteri fosforici senza che ci sia idrolisi dei prodotti intermedi. Queste reazioni determinano il distacco dell’introne e la contemporanea saldatura dei due esoni adiacenti. Successivamente si verificano una serie di reazioni che non hanno rilevanza nella formazione di RNA ‘maturo’ ma sono importanti esempi di attività catalitica dell’RNA (fig. 1). Gli introni del gruppo II, meno diffusi, presenti per es., in alcuni geni mitocondriali di lievito, hanno una modalità di auto-splicing diversa. Anch’essi hanno una struttura secondaria ben definita, ma presentano due caratteristiche che li diversificano dai primi: il taglio della molecola non è catalizzato dalla guanosina libera, ma da un nucleotide già presente nelle sequenze introniche e lo splicing determina la formazione di una figura a cappio (lariat; fig. 2).
I r. finora descritti si modificano con l’avanzamento della reazione che catalizzano e non possono essere utilizzati per nuove reazioni, come accade invece per gli enzimi. Tuttavia, studiando i processi di maturazione dell’RNAt, S. Altman ha scoperto un catalizzatore a RNA, la ribonucleasi P (RNasi P), che rimane immutato dopo la reazione ed è in grado di catalizzare reazioni successive. La RNasi P è costituita da RNA e proteine: la componente di acido ribonucleico, da sola, catalizza la reazione di rottura-saldatura dell’RNAt, mentre il segmento proteico isolato è privo di attività enzimatica. Questi studi forniscono una possibile soluzione ad alcuni problemi riguardanti l’origine della vita sulla Terra. Ci si è domandato infatti, per lungo tempo, quale potesse essere la molecola iniziale presente negli organismi all’origine della vita: il DNA o le proteine. Il paradosso consiste nel fatto che non si può spiegare come il DNA possa svolgere la sua funzione senza la presenza di proteine (enzimi), così come non si può spiegare come gli enzimi possano esistere senza l’informazione per la loro sintesi codificata dal DNA. La scoperta dei r. può risolvere questo dilemma. È concepibile che le forme di vita primitive potessero basarsi completamente su molecole di RNA, in grado di fungere sia da catalizzatori per le reazioni chimiche sia da molecole informazionali; esse abitavano presumibilmente in un ‘mondo a RNA’ senza nessuna necessità iniziale di DNA e proteine.