Vida más allá del ribosoma, de ciencia ficción.

El Ribosoma es una de las estructuras más fascinantes de la evolución de la vida tal y como la conocemos. Pero ¿Puede haber síntesis de proteínas sin ribosoma? ¿Cómo pudo la evolución llegar a esta máquina corazón de la vida catalizada por proteínas? La respuesta puede estar en los ARN de transferencia, según un original estudio de bioquímica-ficción.

El ribosoma está compuesto de proteína y ARN, pero en este caso en una simbiosis especial de Alicia en el espejo que le hace especial. Aquí la proteína tiene más función estructural y el ARN, más que contener información estructural, también tiene función catalítica. En el corazón de esta pequeña y gigantesca molécula late una ribozima, un centro capaz de unir aminoácidos para hacer cadenas de proteínas. Proteínas que luego podrán tener la función de acelerar y hacer posibles otras reacciones o ser estructurales. Pero el ribosoma es en este aspecto un mundo al revés y la genómica comparativa nos dice que la traducción de ARN a proteína por el ribosoma es uno de los procesos más antiguos evolutivamente.

Centro activo del ribosoma donde confluyen (entran y salen) los ARN de transferencia cargados con sus respectivos aminoácidos. El ARNt en rojo, si empareja bien con el ARN mensajero en azul cielo, perderá el aminoácido que lleva unido y se traspasará a la proteína naciente (cadena en morado). El factor EF-Tu propulsará un nuevo ARNt que empareje bien en el centro activo desplazando a los anteriores y el ARN mensajero para que se lea el siguiente triplete y se añada un nuevo aminoácido a la cadena. Por claridad se han quitado las proteínas de la subunidad grande y toda la subunidad pequeña.

En la actualidad, información para qué secuencia concreta de aminoácidos unir o fabricar la da una cadena de ARN mensajero que es leída por el ribosoma y traducida a aminoácidos de la nueva proteína. El proceso es complejo y requiere también de unos ARNes en forma de corbata denominados de transferencia que van unidos a uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Estos ARNt tienen una parte llamada anticodón de tres nucleótidos que debe ser complementaria a la parte del mensajero (codón o triplete) leída en ese momento por el ribosoma. Si los tripletes son complementarios, la parte enzimática del ribosoma escindirá ese aminoácido del ARNt y lo pegará a la nueva proteína mediante enlace peptídico. Esta actividad pega aminoácidos la lleva a cabo el ARN del ribosoma situado en el centro activo.

Como veremos, este proceso complicado, pero fundamental, da una idea de como pudo haberse formado la vida como la empezamos a entender. Con la información de como se hacen las proteínas almacenadas en ácidos nucleicos y un motón de reacciones metabólicas catalizas por proteínas. Hay varias hipótesis y una de ellas es la del mundo inicial de ARN y ADN donde las reacciones eran catalizadas por ribozimas y la información también se almacenaba en forma de secuencias de nucleótidos. No es fácil enlazar los dos mundos, el de ARN inicial y el actual, por lo que se supone hubo un mundo intermedio de nucleo-péptidos encargados de las funciones de catálisis y replica de información valiosa. Esto es, de las estructuras que permiten que el proceso siga, se repliquen e importante que no se autodestruya.

Un equipo de la LMU de Munich basándose en las peculiaridades de los ARN de transferencia, mezcla de nucleótido y proteína ha propuesto un posible mecanismo muy original y quizá posible para esta transición. Según ellos, los ARNt pueden tener nucleótidos modificados cerca del triplete codón, que pueden ser un vestigio, un fósil, del antiguo orden nucleo-peptídico. Para ello han construido un ciclo de adición de aminoácidos a una cadena ya existente a partir de otra complementaria que porta el aminoácido y un nucleótido modificado que interviene en la catálisis junto con otro nucleótido modificado que también interviene. Como si en el ARN de transferencia quedara un cartel de leedme.

Concepto de como las reliquias nucleotídicas del mundo ARN o RNA world pueden permitir la síntesis de péptidos basada en RNA.

a, Estructura de un tRNA donde se muestra los nucleótdos modificados atípicos. La adenosina en el extremo 3′ con un aninoácido pegado como es en la estructura actual. La 5-Metilaminometil uridina, mnm5U, se encuebtra en la posición tercera u oscilante del anticodon 34. La adenina modificada con un aminoácido, (m6)aa6A (aa, amino acid), está presente en la posición 37 en algunos tRNA. b, Síntesi ciclica RNA–péptido propuesta basada en la participación de los nucleótidos modificados presentes mnm5U and m6aa6A. Las estructuras de los oligonucleótidos están simplificadas por claridad y solo se muestran las nucleobases terminales.

Lo sorprendente e ingenioso es que con dos nucleótidos modificados, uno cargado con un aminoácido y otro amino-metilado separados, pero que pueden acercarse al estar pegados a cadenas de ARN complementarias, consiguen un ciclo de adición de aminoácidos catalizada por estos a una cadena peptídica pegada al uracilo modificado. Quién carga el amino-ácido en la adenina modificada es otra cosa, pero que el estudio es original e indicativo de las posibilidades de la química de péptidos unidos a ácidos nucleicos, en un mundo de transición al nuestro, no se lo quita nadie. Yo me he quedado catalítico, veremos qué sorpresas nos depara esta propuesta.

REFERENCIAS

A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world. Felix Müller, Luis Escobar, Felix Xu, Ewa Węgrzyn, Milda Nainytė, Tynchtyk Amatov, Chun‐Yin Chan, Alexander Pichler & Thomas Carell
Nature volume 605, pages279–284 (2022).

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