RYBOZYMY: CHARAKTERYSTYKA I RODZAJE - BIOLOGIA - 2026

W rybozymy są RNA (kwas rybonukleinowy) o charakterze katalitycznym, jest zdolne do przyspieszania reakcji chemicznych zachodzących w organizmie. Niektóre rybozymy mogą działać samodzielnie, podczas gdy inne wymagają obecności białka, aby skutecznie katalizować.

Odkryte do tej pory rybozymy uczestniczą w reakcjach generowania cząsteczek transferowego RNA oraz w reakcjach splicingu: transestryfikacji uczestniczącej w usuwaniu intronów z cząsteczek RNA, czy to przekaźnikowych, transferowych czy rybosomalnych. W zależności od pełnionej funkcji dzieli się je na pięć grup.

Źródło: Frédéric Dardel, źródło Wikimedia Commons

Odkrycie rybozymów wzbudziło zainteresowanie wielu biologów. Te katalityczne RNA zostały zaproponowane jako potencjalny kandydat na cząsteczki, które prawdopodobnie dały początek pierwszym formom życia.

Ponadto, podobnie jak wiele wirusów, wykorzystują RNA jako materiał genetyczny, a wiele z nich jest katalitycznych. Dlatego rybozymy oferują możliwości tworzenia leków atakujących te katalizatory.

Perspektywa historyczna

Przez wiele lat uważano, że jedynymi cząsteczkami zdolnymi do udziału w katalizie biologicznej są białka.

Białka składają się z dwudziestu aminokwasów - każdy o innych właściwościach fizycznych i chemicznych - które pozwalają im grupować się w szeroką gamę złożonych struktur, takich jak helisy alfa i arkusze beta.

W 1981 roku nastąpiło odkrycie pierwszego rybozymu, co zakończyło paradygmat, że jedynymi biologicznymi cząsteczkami zdolnymi do katalizy są białka.

Struktury enzymów pozwalają na pobranie substratu i przekształcenie go w określony produkt. Cząsteczki RNA mają również tę zdolność do fałdowania i katalizowania reakcji.

W rzeczywistości struktura rybozymu przypomina strukturę enzymu, ze wszystkimi jego najbardziej widocznymi częściami, takimi jak miejsce aktywne, miejsce wiązania substratu i miejsce wiązania kofaktora.

RNAza P była jednym z pierwszych odkrytych rybozymów i składa się zarówno z białek, jak i RNA. Bierze udział w tworzeniu transferowych cząsteczek RNA, zaczynając od większych prekursorów.

Charakterystyka katalizy

Rybozymy to katalityczne cząsteczki RNA zdolne do przyspieszania reakcji przenoszenia grup fosforylowych o rzędy wielkości od 10 ⁵ do 10 ¹¹ .

W eksperymentach laboratoryjnych wykazano również, że biorą udział w innych reakcjach, takich jak transestryfikacja fosforanów.

Rodzaje rybozymów

Istnieje pięć klas lub typów rybozymów: trzy z nich uczestniczą w reakcjach samomodyfikujących się, podczas gdy pozostałe dwie (rybonukleaza P i rybosomalny RNA) wykorzystują inny substrat w reakcji katalitycznej. Innymi słowy, cząsteczka inna niż katalityczny RNA.

Introny z grupy I

Ten typ intronów został znaleziony w genach mitochondrialnych pasożytów, grzybów, bakterii, a nawet wirusów (np. Bakteriofaga T4).

Na przykład u pierwotniaków z gatunku Tetrahymena thermofila intron jest usuwany z prekursora rybosomalnego RNA w szeregu etapów: najpierw nukleotyd lub nukleozyd guanozyny reaguje z wiązaniem fosfodiestrowym, które łączy intron z egzonem - reakcja transestryfikacji.

Wolny egzon przeprowadza następnie tę samą reakcję przy wiązaniu fosfodiestrowym egzon-intron na końcu grupy akceptorowej intronu.

Introny grupy II

Introny grupy II są znane jako „samosplicing”, ponieważ te RNA są zdolne do samosplicingu. Introny należące do tej kategorii znajdują się w prekursorach mitochondrialnych RNA z linii grzybów.

Grupy I i II oraz rybonukleazy P (patrz poniżej) to rybozymy charakteryzujące się dużymi cząsteczkami, które mogą mieć długość do kilkuset nukleotydów i tworzyć złożone struktury.

Introny grupy III

Introny grupy III nazywane są „samonacinającymi” RNA i zostały zidentyfikowane w wirusach patogennych dla roślin.

Te RNA mają tę szczególną cechę, że są w stanie przeciąć się w reakcji dojrzewania genomowych RNA, poczynając od prekursorów z wieloma jednostkami.

W tej grupie znajduje się jeden z najpopularniejszych i przebadanych rybozymów: rybozym z łbem młotkowym. Znajduje się w rybonukleinowych czynnikach zakaźnych roślin, zwanych wiroidami.

Te czynniki wymagają procesu samorozszczepienia, aby rozmnażać się i wytwarzać wiele swoich kopii w ciągłym łańcuchu RNA.

Wiroidy muszą być oddzielone od siebie, a ta reakcja jest katalizowana przez sekwencję RNA znajdującą się po obu stronach regionu złącza. Jedną z tych sekwencji jest „główka młotka”, której nazwa pochodzi od podobieństwa jej struktury wtórnej do tego instrumentu.

Rybonukleaza P.

Czwarty typ rybozymu składa się z cząsteczek RNA i białka. W rybonukleazach struktura RNA jest niezbędna do przeprowadzenia procesu katalitycznego.

W środowisku komórkowym rybonukleaza P działa w taki sam sposób jak katalizatory białkowe, odcinając prekursory transferowego RNA w celu wytworzenia dojrzałego końca 5 '.

Kompleks ten jest w stanie rozpoznać motywy, których sekwencje nie zmieniły się w trakcie ewolucji (lub zmieniły się bardzo niewiele) prekursorów transferowego RNA. Aby związać substrat z rybozymem, nie wykorzystuje w znacznym stopniu komplementarności między zasadami.

Różnią się one od poprzedniej grupy (rybozymy młotkowate) i RNA podobnym do tej, końcowym produktem cięcia: rybonukleaza wytwarza koniec 5 'fosforanowy.

Bakteryjny rybosom

Badania struktury rybosomu bakterii doprowadziły do ​​wniosku, że posiada on również właściwości rybozymu. Miejsce odpowiedzialne za katalizę znajduje się w podjednostce 50S.

Ewolucyjne implikacje rybozymów

Odkrycie RNA o właściwościach katalitycznych doprowadziło do postawienia hipotez związanych z pochodzeniem życia i jego ewolucją w początkowych stadiach.

Ta cząsteczka jest podstawą hipotezy „wczesnego świata RNA”. Kilku autorów popiera hipotezę, że miliardy lat temu życie musiało zacząć się od pewnej cząsteczki, która ma zdolność katalizowania własnych reakcji.

Zatem rybozymy wydają się być potencjalnymi kandydatami na te cząsteczki, które zapoczątkowały pierwsze formy życia.

Bibliografia

1. Devlin, TM (2004). Biochemia: podręcznik o zastosowaniach klinicznych. Odwróciłem się.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Trzydzieści pięć lat badań nad rybozymami i katalizą kwasów nukleinowych: gdzie stoimy dzisiaj? F1000Research, 5, F1000 Wydział Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Rybozym / katalityczny RNA. Encyklopedia biologii molekularnej.
4. Voet, D., Voet, JG i Pratt, CW (2014). Podstawy biochemii. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG i Engelke, DR (2002). Rybozymy: katalityczne RNA, które tną, tworzą rzeczy i wykonują dziwne i przydatne prace. Biologist (Londyn, Anglia), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Biologia molekularna genu. Panamerican Medical Ed.