Ribozimi e mondo a RNA

Per decenni la divisione dei ruoli sembrò netta: gli acidi nucleici portano l’informazione, le proteine fanno il lavoro di enzimi. Poi si scoprì che certe molecole di RNA sanno fare entrambe le cose, comportandosi da enzimi. Questa scoperta, i ribozimi, ha cambiato le idee sull’origine della vita.

Vediamo che cosa sono gli RNA capaci di catalizzare reazioni, perché la loro esistenza è tanto importante e come ha dato vita all’ipotesi del “mondo a RNA”.

RNA che lavorano come enzimi

Si pensava che solo le proteine potessero essere enzimi, cioè catalizzatori biologici. Invece si scoprì che alcune molecole di RNA, ripiegandosi su sé stesse in forme precise, riescono ad accelerare reazioni chimiche proprio come fanno gli enzimi proteici. Queste molecole di RNA con attività catalitica si chiamano ribozimi, un nome che fonde “acido ribonucleico” ed “enzima”.

Cosa sanno fare

I ribozimi catalizzano diverse reazioni. Alcuni tagliano molecole di RNA in punti precisi; altri saldano fra loro pezzi di RNA. Ma la scoperta più sorprendente riguarda il ribosoma, la grande macchina che costruisce le proteine: il cuore catalitico che salda fra loro gli amminoacidi è proprio un RNA, non una proteina. Significa che la sintesi di tutte le proteine della cellula è, in fondo, opera di un ribozima.

Una molecola con due talenti

Ecco perché i ribozimi sono così speciali. L’RNA, come il DNA, può conservare informazione nella sequenza delle sue basi; ma a differenza del DNA può anche ripiegarsi e catalizzare reazioni. Riunisce quindi in un’unica molecola i due talenti che oggi sono divisi fra DNA (informazione) e proteine (lavoro). È una doppia capacità che suggerisce un’idea affascinante sull’origine della vita.

DNA: informazione  |  proteine: catalisi  |  RNA: informazione  +  catalisi

L’ipotesi del mondo a RNA

Da qui nasce l’ipotesi del mondo a RNA. Agli albori della vita, prima che esistessero DNA e proteine, l’RNA potrebbe aver fatto tutto da solo: conservare l’informazione genetica e catalizzare le reazioni necessarie, comprese quelle per copiare sé stesso. Solo più tardi i compiti si sarebbero divisi, affidando l’informazione al DNA, più stabile, e la catalisi alle proteine, più versatili, lasciando all’RNA un ruolo di intermediario. Questa ipotesi risolve un classico dilemma sull’origine della vita.

Il dilemma dell’uovo e della gallina

Il dilemma è questo: oggi il DNA serve a fabbricare le proteine, ma servono proteine per copiare il DNA. Chi è venuto prima? Se nessuno dei due può esistere senza l’altro, come è cominciato tutto? Il mondo a RNA offre una via d’uscita: una sola molecola, l’RNA, capace di fare entrambe le cose, può aver dato il via al ciclo da sola, senza bisogno che informazione e catalisi nascessero insieme già separate. È una soluzione elegante a un rompicapo che sembrava insolubile.

Tracce nel presente

L’ipotesi non è solo speculazione: lascia tracce osservabili ancora oggi. Il fatto che il cuore del ribosoma sia un ribozima è considerato un fossile molecolare di quell’epoca antica, un residuo di quando l’RNA faceva il lavoro pesante. Anche molte molecole centrali del metabolismo contengono pezzi di RNA, come se fossero relitti di un mondo passato. I ribozimi, inoltre, hanno applicazioni pratiche moderne: si progettano RNA catalitici su misura per tagliare RNA specifici, con possibili usi terapeutici. Da curiosità a chiave per capire l’origine della vita, i ribozimi sono uno degli esempi più belli di come una scoperta inattesa possa ribaltare un’intera visione consolidata.

Perché proprio l’RNA

Resta una domanda: perché la natura avrebbe scelto proprio l’RNA come molecola di partenza, e non il DNA o le proteine? La risposta sta nelle sue caratteristiche uniche. Il DNA è molto stabile e ottimo per conservare l’informazione a lungo, ma proprio per questa stabilità è poco reattivo e non sa catalizzare reazioni. Le proteine sono catalizzatori meravigliosi e versatili, ma non sanno conservare e copiare l’informazione, perché non possono fare copie di sé stesse. L’RNA si colloca a metà strada: è abbastanza stabile da custodire un messaggio, ma abbastanza flessibile e reattivo da ripiegarsi e catalizzare. Questa via di mezzo, che oggi sembra uno svantaggio rispetto alla specializzazione di DNA e proteine, sarebbe stata invece un vantaggio decisivo agli inizi, quando una sola molecola tuttofare valeva più di due molecole specializzate che però non possono esistere l’una senza l’altra. Per questo molti ricercatori ritengono che l’RNA, e non il DNA, sia stato il vero protagonista della prima chimica della vita.

Domande frequenti

Che cos’è un ribozima?

È una molecola di RNA capace di catalizzare una reazione chimica, comportandosi come un enzima. Ripiegandosi in una forma precisa, accelera reazioni come il taglio di altri RNA o la formazione di legami fra amminoacidi, compito che si pensava riservato alle proteine.

Le proteine non sono gli unici enzimi?

No: si è scoperto che anche alcune molecole di RNA, i ribozimi, hanno attività catalitica. Anzi, il cuore del ribosoma, la macchina che costruisce le proteine, è proprio un RNA: la sintesi di tutte le proteine è in fondo opera di un ribozima.

Che cos’è il mondo a RNA?

È l’ipotesi che agli albori della vita l’RNA facesse tutto da solo: conservare l’informazione genetica e catalizzare le reazioni, copiando sé stesso. Solo dopo i compiti si sarebbero divisi fra DNA, per l’informazione, e proteine, per la catalisi, lasciando all’RNA un ruolo intermedio.

Perché l’RNA è così speciale?

Perché riunisce in un’unica molecola due talenti oggi divisi: come il DNA può conservare informazione nella sequenza delle basi, ma come le proteine può ripiegarsi e catalizzare reazioni. Questa doppia capacità è ciò che rende plausibile un’origine della vita basata sull’RNA.

Quali prove sostengono il mondo a RNA?

Il fatto che il cuore catalitico del ribosoma sia un RNA, considerato un fossile molecolare di quell’epoca, e la presenza di pezzi di RNA in molte molecole centrali del metabolismo. Sono indizi che l’RNA, un tempo, svolgesse i ruoli oggi affidati a DNA e proteine.