RIBOZYMER: EGENSKABER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De ribozymer er RNA (ribonucleinsyre) med katalytisk kapacitet, er den i stand til at accelerere de kemiske reaktioner, der opstår i kroppen. Nogle ribozymer kan virke alene, mens andre kræver tilstedeværelse af et protein for effektivt at katalysere.

De hidtil opdagede ribozymer deltager i generering af reaktioner af transfer-RNA-molekyler og i splejsningsreaktionerne: den transesterificering, der deltager i fjernelsen af ​​introner fra RNA-molekyler, hvad enten det er messenger, transfer eller ribosomal. Afhængig af deres funktion klassificeres de i fem grupper.

Kilde: Af Frédéric Dardel fra Wikimedia Commons

Opdagelsen af ​​ribozymer har vakt interesse for mange biologer. Disse katalytiske RNA'er er blevet foreslået som en potentiel kandidat til molekylerne, der muligvis gav anledning til de første livsformer.

Som mange vira bruger de desuden RNA som genetisk materiale, og mange af dem er katalytiske. Derfor giver ribozymer muligheder for oprettelse af medikamenter, der søger at angribe disse katalysatorer.

Historisk perspektiv

I mange år blev det antaget, at de eneste molekyler, der var i stand til at deltage i biologisk katalyse, var proteiner.

Proteiner består af tyve aminosyrer - hver med forskellige fysiske og kemiske egenskaber - der giver dem mulighed for at klynge sig ind i en lang række komplekse strukturer, såsom alfa-helikser og beta-ark.

I 1981 skete opdagelsen af ​​det første ribozym, hvilket sluttede paradigmet om, at de eneste biologiske molekyler, der er i stand til at katalysere, er proteiner.

Strukturen af ​​enzymer tillader at tage et substrat og omdanne det til et bestemt produkt. RNA-molekyler har også denne evne til at folde og katalysere reaktioner.

Faktisk ligner strukturen af ​​et ribozym strukturen for et enzym med alle dets mest fremtrædende dele, såsom det aktive sted, substratbindingsstedet og cofaktorbindingsstedet.

RNAse P var en af ​​de første ribozymer, der blev opdaget og består af både proteiner og RNA. Det deltager i genereringen af ​​transfer-RNA-molekyler fra større forstadier.

Egenskaber ved katalyse

Ribozymer er katalytiske RNA-molekyler, som kan accelerere phosphorylgruppe overførselsreaktioner størrelsesordener på 10 ⁵ til 10 ¹¹.

I laboratorieeksperimenter har de også vist sig at deltage i andre reaktioner, såsom fosfattransesterificering.

Typer af ribozymer

Der er fem klasser eller typer af ribozymer: tre af disse deltager i selvmodificerende reaktioner, mens de resterende to (ribonuclease P og ribosomal RNA) bruger et andet substrat i den katalytiske reaktion. Med andre ord et andet molekyle end katalytisk RNA.

Introner fra gruppe I

Denne type introner er fundet i mitokondrielle gener af parasitter, svampe, bakterier og endda vira (såsom bakteriofag T4).

I protozoer af arten Tetrahymena thermofila fjernes for eksempel en intron fra ribosomal RNA-forløber i en række trin: først reagerer et nucleotid eller et guanosin-nukleosid med den phosphodiesterbinding, der forbinder intronet med ekson-reaktionen af transesterificering.

Den frie exon udfører derefter den samme reaktion ved exon-intron-phosphodiesterbindingen i slutningen af ​​acceptorgruppen af ​​intron.

Gruppe II-introner

Gruppe II-introner er kendt som "self-splicing", da disse RNA'er er i stand til self-splicing. Introner i denne kategori findes i mitokondrielle RNA-forstadier i svampelinjen.

Grupper I og II og P ribonukleaser (se nedenfor) er ribozymer, der er karakteriseret ved at være store molekyler, der kan nå op til flere hundrede nukleotiske stoffer i længden og danne komplekse strukturer.

Gruppe III-introner

Gruppe III-introner kaldes "selvskærende" RNA og er blevet identificeret i plantepatogene vira.

Disse RNA'er har det særegne ved at være i stand til at skære sig selv i modningsreaktionen af ​​genomiske RNA'er, startende fra forstadier med mange enheder.

I denne gruppe er et af de mest populære og studerede ribozymer: hammerhoved ribozym. Dette findes i ribonukleiske infektionsmidler af planter, kaldet viroider.

Disse midler kræver, at selvspaltningsprocessen forplantes og producerer flere kopier af sig selv i en kontinuerlig RNA-kæde.

Viroiderne skal adskilles fra hinanden, og denne reaktion katalyseres af RNA-sekvensen, der findes på begge sider af forbindelsesområdet. En af disse sekvenser er ”hammerhovedet”, og det er navngivet efter ligheden af ​​dens sekundære struktur til dette instrument.

Ribonuclease P

Den fjerde type ribozym består af både RNA og proteinmolekyler. I ribonukleaser er strukturen af ​​RNA afgørende for at udføre den katalytiske proces.

I det cellulære miljø virker ribonuclease P på samme måde som proteinkatalysatorer og skærer forløbere for overførsels-RNA for at generere en moden 5'-ende.

Dette kompleks er i stand til at genkende motiver, hvis sekvenser ikke har ændret sig i løbet af udviklingen (eller har ændret meget lidt) af forløberne for transfer-RNA. For at binde underlaget med ribozym gør det ikke udstrakt brug af komplementaritet mellem baserne.

De adskiller sig fra den foregående gruppe (hammerhead ribozymes) og RNA'er svarende til denne ved det endelige produkt af udskæringen: ribonuclease producerer en 5'-phosphatende.

Bakteriel ribosom

Undersøgelser af strukturen i ribosomet af bakterier har ført til den konklusion, at det også har egenskaber ved et ribozym. Det sted, der har ansvaret for katalyse, er placeret i 50S-underenheden.

Evolutionsimplikationer af ribozymer

Opdagelsen af ​​RNA'er med katalytiske kapaciteter har ført til genereringen af ​​hypoteser relateret til livets oprindelse og dens udvikling i begyndende stadier.

Dette molekyle er grundlaget for den "tidlige verden af ​​RNA" -hypotese. Flere forfattere støtter hypotesen om, at for milliarder af år siden, livet skal være startet med et bestemt molekyle, der har evnen til at katalysere sine egne reaktioner.

Således ser ribozymer ud til at være potentielle kandidater til disse molekyler, der stammer fra de første livsformer.

Referencer

1. Devlin, TM (2004). Biokemi: lærebog med kliniske anvendelser. Jeg vendte om.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Femogtredive år med forskning på ribozymer og nukleinsyrekatalyse: hvor står vi i dag? F1000Forskning, 5, F1000 Fakultet Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribozym / katalytisk RNA. Encyclopedia of Molecular Biology.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Fundamentals of Biochemistry. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG, & Engelke, DR (2002). Ribozymes: katalytiske RNA'er, der skærer ting, skaber ting og gør ulige og nyttige job. Biolog (London, England), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Molekylærbiologi af genet. Panamerican Medical Ed.