¿Todas las enzimas son proteínas?

Hasta finales de la década de 1980, se creía que todas las enzimas* eran proteínas y, a menudo, se las definía como catalizadores de proteínas, a menudo en los libros de texto que a menudo no son representaciones perfectas de la ciencia. En ese momento, todos los catalizadores biológicos macromoleculares conocidos eran proteínas, por lo que pensaron que todos los catalizadores macromoleculares eran proteínas. Pero el descubrimiento de las ribozimas (hebras de ARN que actúan como catalizadores) cambió eso. El descubrimiento de que una de las enzimas más conocidas, los ribosomas, tenía sus componentes funcionales hechos de ARN y no de proteínas, también influyó.

Las enzimas NOW se definen generalmente como catalizadores biológicos macromoleculares e incluyen ribozimas. Pero los trabajos más antiguos o los libros de texto desactualizados aún se referirán a las enzimas como solo proteínas, pero los trabajos más nuevos no lo harán. No se sienta abatido. Al principio me enseñaron lo mismo y persistió durante varios años en la universidad. Parte de esto es que cada paso sucesivo en la educación tiende a quedarse atrás y/o simplificarse demasiado en el conocimiento científico. Los fabricantes de libros de texto no se preocupan demasiado por la mala redacción o las definiciones obsoletas y rara vez son escritos por científicos.

*en su forma de objeto, originalmente y durante mucho tiempo enzima se refirió al proceso y no al agente responsable porque el agente era desconocido.

Depende de cómo se defina "enzima". Wikcionario dice que una enzima es:

Una proteína globular que cataliza una reacción química biológica.

Wikipedia dice :

Las enzimas son catalizadores biológicos macromoleculares.

Entonces, la primera definición excluye todo menos las proteínas y la segunda también permite otras moléculas biológicas grandes que catalizan reacciones.

El significado central importante es el de una biomolécula que cataliza una reacción, y la restricción a solo proteínas es algo arbitraria. La expectativa durante décadas fue que las enzimas (biocatalizadores) fueran proteínas porque todas las que se habían descubierto eran de hecho proteínas. Por lo tanto, la definición anterior incluía "proteína" como parte de la definición.

Una vez que se descubrió que algunas moléculas de ARN también tienen acción enzimática (un descubrimiento que otorgó un premio Nobel en 1989 ), muchos han utilizado la definición ampliada de "enzima" ya que la acción enzimática del ARN es importante. Cuando se hace referencia específicamente a catalizadores de ARN, normalmente se usa el término "ribozima".

Ahora se han descubierto bastantes ribozimas. Uno importante y bien conocido es el ARNr , que forma el núcleo del ribosoma y proporciona los sitios catalíticos necesarios para la traducción del ARNm en proteína. Otra ribozima es la ribonucleasa P. Los intrones catalíticos del grupo I son un tipo de intrón que actúa como una ribozima cuya acción es separarse del transcrito de ARN de un gen para que se pueda formar un ARNm maduro.

Descargo de responsabilidad

Voté para cerrar esta pregunta porque me di cuenta de que al darle al cartel la palabra mágica 'ribozima', podría verificar fácilmente por sí mismo que la respuesta a la pregunta en su título era "No". Sin embargo, como esta pregunta recibió respuestas que considero incorrectas o engañosas, proporciono mi propia respuesta para aclarar las cosas.

Historia y Terminología

Aunque no necesariamente consideraría las entradas en Wikipedia como autorizadas, las fechas científicas no son particularmente polémicas, por lo que remito al lector a las entradas sobre Enzimas y Proteínas para lo siguiente:

• Se dice que la primera enzima que se descubrió fue la diastasa, en 1833, aunque la oposición de Pasteur a la idea de actividad metabólica fuera de los seres vivos retrasó su reconocimiento. La palabra enzima fue acuñada en 1877 del griego, que significa “en levadura”. La actividad catalítica de las enzimas de fermentación se estudió intensamente a finales del siglo XIX y principios del XX, culminando con el Premio Nobel de Química de Buchner en 1907.
• Aunque las proteínas habían sido reconocidas en el siglo XVIII y nombradas por Berzelius en 1838, su química como polipéptidos no se estableció hasta 1902, y no fue hasta 1926 que Sumner estableció que la ureasa era una proteína.

Por lo tanto, la palabra enzima y el concepto de su actividad se introdujeron mucho antes de que se estableciera la naturaleza química de la mayoría de las enzimas como proteínas y, por lo tanto, el póster tiene razón al no incluir proteína en la definición de enzima. También es correcto hablar del descubrimiento posterior de enzimas que son ARN en lugar de proteínas, a pesar de que estas últimas contradijeron una creencia general que se había mantenido durante más de medio siglo. De hecho, las enzimas de ARN se denominan con una designación especial: ribozimas , al igual que la mayoría de los miembros del género Cygnus se denominan cisnes, pero Cygnus atratus generalmente se conoce como cisnes negros .

Enzimas de ARN (ribozimas)

Un ejemplo perfecto de una enzima de ARN sería una que fuera naturalmente activa en ausencia de proteína y mostrara actividad catalítica contra un sustrato distinto . A partir de 2002, cuando el tema fue revisado por Thomas Cech , quien, junto con Sidney Altman, recibió el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de la primera ribozima en 1962, no existían tales ejemplos naturales.

• El tipo de ARN catalítico descubierto por Cech: los intrones de autoempalme de Tetrahymena están completamente libres de proteínas, pero actúan sobre el pre-ARNm que los contiene.
• Otro tipo de ARN catalítico, ejemplificado por la ribonucleasa-P descubierta por Altman, es activo contra un sustrato distinto de sí mismo, un ARNt precursor, que contiene proteína además de ARN. Sin embargo, si la proteína se elimina de la RNasa-P en condiciones apropiadas, el componente de ARN retiene la actividad catalítica.

A pesar de estas limitaciones, y del hecho de que las únicas reacciones catalizadas son la escisión y la ligadura del ARN, las habría citado como ejemplos claros de enzimas de ARN si hubiera sido el profesor a quien el cartel dirigió su pregunta. El ARN ribosómico probablemente tenga actividad catalítica, pero es menos claro, como explico a continuación.

El 'Mundo del ARN' y la catálisis por ARN de otros tipos de reacción

Uno de los resultados del descubrimiento del ARN catalítico a principios de los años 60 fue que dio cuerpo a una idea que resolvió algunos de los problemas de la evolución temprana de los procesos bioquímicos, especialmente la interdependencia de las proteínas y los ácidos nucleicos. Este era un 'Mundo del ARN' en el que el ARN servía tanto como material genético (antes de que evolucionara el ADN) como enzimas para realizar reacciones bioquímicas, incluida la síntesis de proteínas. Sin embargo, las únicas reacciones catalizadas por las enzimas de ARN contemporáneas que se habían caracterizado eran la escisión o ligadura del propio ARN.

Se podría argumentar que las proteínas se hicieron cargo de otras reacciones catalíticas cuando surgieron, ya que eran más eficientes, etc., sin embargo, la pregunta seguía siendo si el ARN tenía el potencial para catalizar tales reacciones. Un paso en esa dirección fue seleccionar artificialmente oligorribonucleótidos (aptámeros) sobre la base de su capacidad para unirse a moléculas pequeñas particulares. También ha habido informes de que un pequeño ARN sintético puede catalizar la aminoacilación del ARNt activado por AMP para phe.

La actividad peptidil transferasa del ARNr

Es en el contexto de lo que he escrito anteriormente que debe verse la posible actividad catalítica del ARNr.

• La reacción involucrada es la de la peptidil transferasa (abajo). No hay otros ejemplos de reacciones catalizadoras de ARN que no sean la hidrólisis y la ligadura del ARN.
• Las implicaciones para la hipótesis del 'Mundo de ARN' (que no es universalmente aceptada) son tales que, aunque personalmente estoy a favor (y he dado conferencias a estudiantes sobre ella en relación con los ribosomas), uno debe tener mucho cuidado de no dejar que esto se nuble. el juicio científico de uno.

La evidencia de la actividad de la peptidil transferasa (PT) del ARN ribosómico grande (ARNr 23S en E. coli , ARNr 28S en H. sapiens ) es la siguiente:

• Los intentos repetidos de asociar proteínas ribosómicas particulares con la actividad de PT fallaron y muchas proteínas ribosómicas individuales pudieron eliminarse de los ribosomas de E.coli sin abolir la actividad de PT
• Los marcadores de afinidad de los sustratos de la reacción de PT tendían a marcar el ARN en lugar de la proteína.
• El centro PT se ha localizado en la estructura tridimensional del ARNr 23S mediante cristalización con un análogo del intermedio de reacción. No hay proteínas en las proximidades de esto.

Esto argumenta con fuerza que la actividad PT del ribosoma se encuentra en el ARNr 23S, pero no puede considerarse una prueba rigurosa. No es sorprendente que no se haya demostrado que ningún ARN libre de proteínas o fragmento del mismo sea capaz de catalizar la reacción de PT entre los pequeños análogos de sustrato que se pueden usar para esto.

Yo mismo creo que el ribosoma es una ribozima, por lo poco que vale, pero nunca presentaría el ribosoma como un ejemplo de ribozima, cuando existen muchos mejores.