En Nature, Marlene Oeffinger da a sus lectores una gira por el ribosoma, en particular acerca de cómo se construye. Esta maravilla de la célula traduce el ARN mensajero a proteínas. Prepárate para el pasmo. Aquí tenemos la obertura:
La producción del aparato traductor de la célula, el ribosoma, exige la función orquestada de cientos de proteínas. Una estructura de su precursor más inmediato permite una percepción sin precedentes de la formación del ribosoma. [Énfasis añadido.]
Para el primer movimiento, ella convoca a una banda de científicos dirigidos por Markus Kornprobst. Éstos publicaron en la revista Cell una composición acerca del «pre-ribosoma» en eucariotas. La estructura en 3D de esta proteína, revelada mediante microscopía crioelectrónica, exhibe que engloba el «pre-rRNA» (una de las grandes y complejas moléculas de ARN que constituirá el ribosoma) durante la construcción. El pre-ribosoma mismo tiene alrededor de 70 factores de montaje. ¿Suena esto ya a irreduciblemente complejo? Y el trabajo acaba de comenzar. Oeffinger comenta lo siguiente:
La estructura revela, por primera vez y con un pasmoso detalle, la disposición de y las interaccionesentre muchas proteínas que han quedado implicadas en el ensamblaje del ribosoma, lo que arroja luz sobre una etapa crucial en la formación temprana del ribosoma.
Recordemos que por ahora estamos sólo examinando una etapa crucial en la formación temprana del ribosoma.
En el nucleolo, tres de cuatro ARNs ribosómicos experimentan ensamblaje antes de salir para operar en el citoplasma. Muchas otras proteínas, llamadas factores de biogénesis del ribosoma, se involucrarán en la construcción del pre-ribosoma. (Recordemos, esto es solamente para el pre-ribosoma.) Al ir aumentando la complejidad, aumenta la tensión en la orquestación:
Durante su transcripción, el largo pre-rRNA es ensamblado con r-proteínas, factores de biogénesis del ribosoma y pequeños ARNs nucleolares para formar un gran pre-ribosoma 90S. A continuación de laprimera etapa del procesado del pre-rRNA, el complejo se escinde en dos pre-ribosomas, designados pre-40S y pre-60S, que posteriormente son exportados al citoplasma donde experimentan unas adicionales etapas de maduración y luego se unen como subunidades 40S y 60S para formar el ribosoma maduro.
Junto con las identidades de los factores de biogénesis vino la conciencia de que ascendían a la enorme cantidad de 200 a 300 en los eucariontes. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, el pre-ribosoma 90S solo contiene alrededor de 70 factores de biogénesis del ribosoma — casi tantos como lacantidad de proteínas en un ribosoma maduro. De ahí que una pregunta recurrente en esta disciplina es;¿por qué la producción del ribosoma precisa de tantas proteínas accesorias?
El equipo de Kornprobst proporcionó una respuesta parcial. Todas esas docenas de proteínas están involucradas en complejos multipartitos que funcionan conjuntamente para construir el pre-ribosoma.
La necesidad de tantas proteínas adicionales queda explicada por la observación de los autores de quemuchas proteínas accesorias están dispuestas alrededor de la molécula pre-rRNA plegada en complejos multiproteínas previamente definidos llamados UTP-A, UTP-B y UTP-C, de esos, el UTP-A y el UTP-B forman un andamiaje, dentro del que queda incorporado el recién transcrito pre-rRNA, y de esta manera se puede procesar, modificar y ensamblar de forma segura con r-proteínas.
Explicada, quizá, ¡pero nada simplificada! La ilustración en forma de viñetas que da Oeffinger de esos complejos exhibe cómo el pre-rRNA es engranado en el interior de un molde formado por UTP-A, UTP-B y otro factor llamado U3. «Incorporado dentro de este molde, el pre-rRNA queda plegado y procesado de manera segura», explica ella. Pero, incluso así, seguimos teniendo sólo construidas las partes Pre-40S y Pre-60S del ribosoma.
El papel de este andamiaje es reminiscente de la manera en que las proteínas chaperonas ayudan a plegar otras proteínas — un proceso común que previene la agregación de las proteínas en estructuras no funcionales. Pero aunque el plegado de las proteínas mediado por chaperonas quedó ya establecido hace mucho tiempo, la idea de moldes chaperones es nueva en la biología del ARN.
Recordemos esto para cuando consideremos más adelante sus implicaciones para el origen de la vida. De pasada, este pequeño factor U3 tiene dos funciones. La mitad del mismo forma parte del andamiaje. La otra mitad está sepultada profundamente dentro del pre-ribosoma, «se supone que interactuando con el pre-rRNA». Se aferra a una molécula espaciadora que se escinde del pre-RNA. Esta etapa «es crucial para la separación de los pre-rRNAs 90S procesados a complejos pre-40S y pre-60S, y para la progresión de la producción de los ribosomas».
Estamos entrando en estos detalles tan intrincados a propósito. Tenemos que prestar atención a todo este complejo contrapunto, para que quede bien merecida luego la ovación clamorosa al final de la composición. Recordemos: estamos aun tratando de acabar el «pre-ribosoma». ¡Tengamos paciencia!:
Kornprobst y sus colegas también han identificado la posición del rRNA pre-18S (que llegará a ser el componente rRNA de la subunidad 40S) en su estructura. Al comparar la estructura pre-18S con la del maduro rRNA 18S, los autores observaron que la molécula experimentó un plegado progresivo,comenzando en los dominios más cercanos al sitio donde comenzó la transcripción. En el 90S, esas regiones fueron plegadas para parecerse al 18S maduro, mientras que unos dominios más alejados del sitio de comienzo de la transcripción estaban aparentemente todavía en estados transitorios. Esta observación se ajusta bien con un modelo anterior de montaje jerárquico del rRNA.
Después de todo esto, seguimos todavía sin tener un ribosoma funcional — sólo un pre-ribosoma. Pero al llegar a ese punto podemos ya dar nuestro cordial aplauso por el primer movimiento de la sinfonía. Desde luego, Oeffinger se siente emocionado.
Kornprobst y sus colaboradores han visualizado detalladamente lo que, hasta ahora, se ha visto a través de microscopía electrónica sólo como pequeñas bolas negras sobre hebras de pre-rRNA. Aplicando una lente de aumento a las primeras etapas de la biogénesis del ribosoma, los autores han desvelado por fin una función para la multitud de factores de biogénesis del ribosoma como un molde chaperón queproporciona un medio ambiente seguro para el procesado y plegado del pre-rRNA.
El resto de la historia tendrá que ser bueno. Por ahora, podemos ponderar cómo estos miembros de una gran orquesta tocan de manera conjunta, interactuando en maneras secuenciales complejas, y hacer algunas preguntas importantes. En primer lugar, ¿podría nada de todo esto originarse por azar?
Los investigadores del origen de la vida a veces realizan un salto conceptual desde unos componentes constructivos aleatorios a una célula, o a un replicador, sin considerar todos los factores involucrados. Creen que el ARN es la molécula mágica que puede cumplir la doble función de metabolismo y codificación. Unas narrativas simplistas, como la aparecida en Phys.org, hacen parecer que un «mundo del ARN» pudo haber precedido al mundo ADN-proteínas de la vida tal como la conocemos.
Sin embargo, el ARN de la vida real es extremadamente delicado y casi imposible de formar en agua. Con unas copiosas cantidades de guía y protección por parte de investigadores inteligentes en un laboratorio, el ARN puede realizar tareas simples como cortarse por la mitad o hacer burdas copias de partes de sí mismo. Lo que no puede hacer es codificar proteínas que le ayuden a ensamblarse. Esto es poner el carro delante del caballo. Si necesita proteínas para guiarlo y protegerlo en una secuencia jerárquica de etapas que lleven a un ribosoma maduro, no se puede invocar un ARN crudo como piedra pasante para aquello que necesita a su vez para existir.
Y no es válido atribuir sensitividad a las moléculas de ARN. En un sentido, son insensibles. No tienen ningún objetivo ni deseo alguno de organizarse en un proyecto de construcción celular. Algunos investigadores acerca del origen de la vida tienen un mal hábito de visionar las moléculas como deseando unirse para formar una célula. El ARN comienza abrigando algo de código y de función metabólica, dirán, y luego «pasan» la codificación al ADN y el metabolismo a las proteínas. Para un materialista, esto es hacer trampas.
El bioquímico italiano Pier Luigi Luisi considera el escenario del mundo del ARN como una «fantasía sin fundamento». Sus razones se pueden ver en una entrevista con Susan Mazur aparecida en el libro de esta autora The Origin of Life Circus [El Circo del Origen de la Vida] (págs. 360-363 en particular), donde él lo descarta como tan irreal a varios niveles que dice que se precisa de volver a comenzar, «una revolución mental de vuelta al principio», lejos de los modelos centrados en el ARN-ADN.
El problema real es lograr secuencias ordenadas de aminoácidos, y naturalmente secuencias ordenadas de ácidos nucleicos —y acerca de esto, el mundo prebiótico del ARN está totalmente callado. Pero esta perspectiva del mundo prebiótico del ARN sigue siendo el más popular. Creo que se trata de un caso más de psicología de la ciencia social más que de la ciencia en sí (p. 363).
Sin embargo, sí que conocemos una causa capaz de secuenciar componentes constructivos en estructuras ordenadas. Y esta causa puede organizar docenas de partes complejas que pueden interaccionar de formas detalladas, en una estructura jerárquica, funcionando secuencialmente hacia un objetivo determinado. Esta causa (¿acaso es necesario insistir?) es la inteligencia.
La inteligencia no es algo mágico. Es una causa que conocemos y que usamos de manera cotidiana. Es una causa necesaria y suficiente para estas clases de operaciones sumamente ordenadas. Debido a ello, y debido a que el azar ciego es absolutamente incapaz de tales cosas, la inteligencia es la causa que deberíamos usar en nuestras explicaciones científicas de los orígenes de los sistemas orgánicos de la vida.
Imagen: Ribosoma con una proteína que emerge del canal de salida, vía Illustra Media.
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