RIBOZÝMY: VLASTNOSTI A TYPY - BIOLÓGIE - 2024

Tieto Ribozymy sú RNA (ribonukleová kyselina) s katalytickou kapacitou, je schopné urýchliť chemické reakcie, ku ktorým dochádza v tele. Niektoré ribozýmy môžu pôsobiť samostatne, zatiaľ čo iné vyžadujú prítomnosť katalyzátora na účinnú katalýzu.

Doteraz objavené ribozýmy sa podieľajú na reakciách tvorby molekúl transferovej RNA a zostrihových reakciách: na transesterifikácii, ktorá sa podieľa na odstraňovaní intrónov z molekúl RNA, či už ide o messenger, transfer alebo ribozomál. Podľa funkcie sú rozdelené do piatich skupín.

Zdroj: Frédéric Dardel, z Wikimedia Commons

Objavenie ribozýmov vzbudilo záujem mnohých biológov. Tieto katalytické RNA boli navrhnuté ako potenciálny kandidát pre molekuly, ktoré pravdepodobne viedli k vzniku prvých foriem života.

Okrem toho, rovnako ako mnoho vírusov, používajú RNA ako genetický materiál a mnohé z nich sú katalytické. Preto ribozýmy ponúkajú príležitosti na výrobu liekov, ktoré sa snažia napadnúť tieto katalyzátory.

Historická perspektíva

Po mnoho rokov sa verilo, že jedinými molekulami schopnými podieľať sa na biologickej katalýze sú proteíny.

Bielkoviny sa skladajú z dvadsiatich aminokyselín - každá s rôznymi fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami - ktoré im umožňujú zoskupiť sa do širokej škály komplexných štruktúr, ako sú alfa helixy a beta listy.

V roku 1981 sa objavil prvý ribozým, ktorý skončil paradigmou, že jediné biologické molekuly schopné katalýzy sú proteíny.

Štruktúry enzýmov umožňujú vziať substrát a transformovať ho na určitý produkt. Molekuly RNA majú tiež túto schopnosť zložiť a katalyzovať reakcie.

Štruktúra ribozýmu sa v skutočnosti podobá štruktúre enzýmu so všetkými jeho najvýznamnejšími časťami, ako je aktívne miesto, väzbové miesto substrátu a väzbové miesto kofaktora.

RNAáza P bola jedným z prvých objavených ribozýmov a pozostáva z proteínov a RNA. Zúčastňuje sa na tvorbe molekúl transferovej RNA počínajúc od väčších prekurzorov.

Charakteristiky katalýzy

Ribozymy sú katalytické RNA molekuly schopné zrýchliť reakcie prenosu fosforylskupinu rádovo 10 ⁵ až 10 ¹¹ .

V laboratórnych experimentoch sa tiež preukázalo, že sa podieľajú na iných reakciách, ako je napríklad transesterifikácia fosfátov.

Druhy ribozýmov

Existuje päť tried alebo typov ribozýmov: tri z nich sa podieľajú na samomodifikačných reakciách, zatiaľ čo zvyšné dve (ribonukleáza P a ribozomálna RNA) používajú pri katalytickej reakcii iný substrát. Inými slovami, molekula iná ako katalytická RNA.

Intróny skupiny I

Tento typ intrónov bol nájdený v mitochondriálnych génoch parazitov, húb, baktérií a dokonca aj vírusov (ako je bakteriofág T4).

Napríklad v prvokoch druhu Tetrahymena thermofila sa z prekurzora ribozomálnej RNA odstráni intrón v rade krokov: najskôr nukleotid alebo guanozínový nukleozid reaguje s fosfodiesterovou väzbou, ktorá spája intrón s exónovou reakciou. transesterifikácie.

Voľný exón potom vykonáva rovnakú reakciu na fosfodiesterovej väzbe exón-intrón na konci akceptorovej skupiny intrónu.

Intróny skupiny II

Intróny skupiny II sú známe ako "samoštiepenie", pretože tieto RNA sú schopné samoštiepenia. Intróny v tejto kategórii sa nachádzajú v mitochondriálnych RNA prekurzoroch v plesňovej línii.

Skupiny ribonukleáz I a II a P (pozri nižšie) sú ribozýmy charakterizované tým, že sú to veľké molekuly, ktoré môžu dosahovať až niekoľko stoviek nukleotík a tvoriť komplexné štruktúry.

Intróny skupiny III

Intróny skupiny III sa nazývajú samorezné RNA a boli identifikované v rastlinných patogénnych vírusoch.

Tieto RNA majú tú zvláštnosť, že sú schopné rezať sa v maturačnej reakcii genómových RNA, počnúc prekurzormi s mnohými jednotkami.

V tejto skupine je jeden z najpopulárnejších a študovaných ribozýmov: kladivohlavý ribozým. Toto sa nachádza v ribonukleových infekčných agentoch rastlín, ktoré sa nazývajú viroidy.

Tieto činidlá vyžadujú proces samoštiepenia, aby sa množili a produkovali viacnásobné kópie v kontinuálnom reťazci RNA.

Viroidy musia byť od seba oddelené a táto reakcia je katalyzovaná sekvenciou RNA nachádzajúcou sa na oboch stranách spojovacej oblasti. Jednou z týchto sekvencií je „hlava kladiva“ a je pomenovaná pre podobnosť svojej sekundárnej štruktúry s týmto nástrojom.

Ribonukleáza P

Štvrtý typ ribozýmu je tvorený RNA aj proteínovými molekulami. V ribonukleázach je štruktúra RNA nevyhnutná na uskutočnenie katalytického procesu.

V bunkovom prostredí pôsobí ribonukleáza P rovnakým spôsobom ako proteínové katalyzátory, ktoré štiepia prekurzory transferovej RNA, aby sa vytvoril zrelý 5 'koniec.

Tento komplex je schopný rozoznať motívy, ktorých sekvencie sa v priebehu vývoja (alebo sa zmenili veľmi málo) prekurzorov transferovej RNA nezmenili. Na naviazanie substrátu s ribozýmom sa nevyužíva rozsiahle využívanie komplementarity medzi bázami.

Líšia sa od predchádzajúcej skupiny (kladivohlavé ribozýmy) a RNA podobné tejto skupine tým, že konečný produkt rezu: ribonukleáza vytvára 5 'fosfátový koniec.

Bakteriálny ribozóm

Štúdie štruktúry ribozómu baktérií viedli k záveru, že má tiež vlastnosti ribozýmu. Miesto zodpovedné za katalýzu sa nachádza v podjednotke 50S.

Evolučné dôsledky ribozýmov

Objav RNA s katalytickými kapacitami viedol k vzniku hypotéz týkajúcich sa pôvodu života a jeho vývoja v počiatočných fázach.

Táto molekula je základom hypotézy „raného sveta RNA“. Niekoľko autorov podporuje hypotézu, že pred miliardami rokov musel život začať s určitou molekulou, ktorá má schopnosť katalyzovať svoje vlastné reakcie.

Zdá sa teda, že ribozýmy sú potenciálnymi kandidátmi na tieto molekuly, ktoré pochádzajú z prvých foriem života.

Referencie

1. Devlin, TM (2004). Biochémia: učebnica s klinickými aplikáciami. Obrátil som sa.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Tridsaťpäť rokov výskumu ribozýmov a katalýzy nukleových kyselín: kde stojíme dnes? F1000Výskum, 5, F1000 Fakulta Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribozým / katalytická RNA. Encyklopédia molekulárnej biológie.
4. Voet, D., Voet, JG a Pratt, CW (2014). Základy biochémie. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG, a Engelke, DR (2002). Ribozýmy: katalytické RNA, ktoré rozdeľujú veci, vytvárajú veci a robia zvláštne a užitočné úlohy. Biológ (Londýn, Anglicko), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Molekulárna biológia génu. Panamerican Medical Ed.