РИБОЗИМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ВИДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці рибозими є РНК (рибонуклеїнової кислоти) , з каталітичної здатності, вона здатна прискорювати хімічні реакції , що виникають в організмі. Деякі рибозими можуть діяти поодинці, а інші потребують наявності білка, щоб ефективно каталізуватися.

Виявлені досі рибозими беруть участь у реакціях генерації молекул переносної РНК та в реакціях сплайсингу: переетерифікації, які беруть участь у виведенні інтронів з молекул РНК, будь то месенджер, перенос чи рибосома. Залежно від їх функції їх класифікують на п’ять груп.

Джерело: Фредерік Дардель, із Вікісховища

Відкриття рибозимів викликало інтерес багатьох біологів. Ці каталітичні РНК були запропоновані як потенційний кандидат для молекул, які, можливо, породили перші життєві форми.

Крім того, як і багато віруси, вони використовують РНК як генетичний матеріал, і багато з них є каталітичними. Тому рибозими пропонують можливості для створення лікарських препаратів, які прагнуть атакувати ці каталізатори.

Історична перспектива

Протягом багатьох років вважалося, що єдиними молекулами, здатними брати участь у біологічному каталізі, були білки.

Білки складаються з двадцяти амінокислот - кожна з різними фізичними та хімічними властивостями - які дозволяють їм групуватися в найрізноманітніші складні структури, такі як альфа-спіралі та бета-листи.

У 1981 році відбулося відкриття першого рибозиму, що закінчило парадигму про те, що єдиними біологічними молекулами, здатними каталізувати, є білки.

Структури ферментів дозволяють взяти субстрат і перетворити його на певний продукт. Молекули РНК також мають цю здатність складати та каталізувати реакції.

Фактично, структура рибозиму нагадує структуру ферменту з усіма його найвизначнішими частинами, такими як активний сайт, місце зв'язування субстрату та сайт зв'язування кофактора.

РНКаза Р була одним з перших виявлених рибозимів і складається з білків і РНК. Він бере участь в генерації молекул переносної РНК, починаючи з більших попередників.

Характеристика каталізу

Рибозими - це каталітичні молекули РНК, здатні прискорювати реакції перенесення фосфорильної групи на порядки від 10 ⁵ до 10 ¹¹ .

У лабораторних експериментах було також показано участь у інших реакціях, таких як фосфатна переетерифікація.

Типи рибозимів

Існує п’ять класів або типів рибозимів: три з них беруть участь у самомодифікуючих реакціях, а решта два (рибонуклеаза Р і рибосомальна РНК) використовують різний субстрат у каталітичній реакції. Іншими словами, молекула, відмінна від каталітичної РНК.

Інтрони I групи

Цей тип інтронів виявлено в генах мітохондрій паразитів, грибів, бактерій і навіть вірусів (таких як бактеріофаг Т4).

Наприклад, у найпростіших видів Tetrahymena thermofila інтрон видаляється з попередника рибосомальної РНК в кілька етапів: спочатку нуклеотид або нуклеозид гуанозину вступає в реакцію з фосфодіефірним зв'язком, який приєднується до інтрону з екзоном - реакцією переетерифікації.

Тоді вільний екзон виконує ту ж реакцію у фосфодіефірній зв'язці екзон-інтрон на кінці групи акцепторних інтронів.

Інтрони II групи

Інтрони II групи відомі як "самосплайсинг", оскільки ці РНК здатні до самосплайсингу. Інтрони цієї категорії містяться в попередниках мітохондріальної РНК у роді грибів.

Групи I та II та рибонуклеази Р (див. Нижче) - це рибозими, що характеризуються великими молекулами, які можуть досягати до декількох сотень нуклеотиків у довжину та утворювати складні структури.

Інтрони III групи

Інтрони III групи називаються «саморізаючою» РНК і були ідентифіковані в патогенних вірусах рослин.

Ці РНК мають особливість того, що вони здатні вирізати себе в реакції дозрівання геномних РНК, починаючи від попередників з багатьма одиницями.

У цій групі є один з найпопулярніших і вивчених рибозимів: рибозим молотка. Це виявляється в рибонуклеїнових інфекційних агентах рослин, званих віроїдами.

Ці агенти потребують процесу саморозщеплення для розповсюдження та отримання декількох копій себе у безперервному ланцюзі РНК.

Віроїди повинні бути відокремлені один від одного, і ця реакція каталізується послідовністю РНК, знайденою по обидва боки області з’єднання. Однією з таких послідовностей є «головка молота», і вона названа за подібність своєї вторинної структури з цим інструментом.

Рибонуклеаза Р

Четвертий тип рибозиму складається як з РНК, так і з білкових молекул. У рибонуклеазах життєво важлива структура РНК для здійснення каталітичного процесу.

У клітинному середовищі рибонуклеаза Р діє так само, як і білкові каталізатори, розрізаючи попередники переносної РНК, щоб генерувати зрілий 5 'кінець.

Цей комплекс здатний розпізнавати мотиви, послідовності яких не змінилися в ході еволюції (або змінили дуже мало) попередників перенесення РНК. Щоб зв’язати субстрат з рибозимом, він не використовує широко взаємодоповнення між основами.

Вони відрізняються від попередньої групи (рибозими молотка) та РНК, подібної до цієї, кінцевим продуктом розрізу: рибонуклеаза утворює 5 'фосфатний кінець.

Бактеріальна рибосома

Дослідження структури рибосоми бактерій привели до висновку, що він також має властивості рибозиму. Дільниця, що відповідає за каталіз, розташована в підрозділі 50S.

Еволюційні наслідки рибозимів

Відкриття РНК з каталітичною ємністю призвело до створення гіпотез, пов'язаних з походженням життя та його еволюцією на початкових стадіях.

Ця молекула є основою гіпотези "раннього світу РНК". Кілька авторів підтримують гіпотезу, що мільярди років тому життя, мабуть, почалося з певної молекули, яка має здатність каталізувати власні реакції.

Таким чином, рибозими виявляються потенційними кандидатами для цих молекул, які зароджували перші форми життя.

Список літератури

1. Devlin, TM (2004). Біохімія: підручник з клінічним застосуванням. Я перевернувся.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Тридцять п’ять років досліджень рибозимів та каталіза нуклеїнових кислот: де ми сьогодні стоїмо ?. F1000Research, 5, F1000 Факультет Rev-1511.
3. Стробель, С. А. (2002). Рибоцим / Каталітична РНК. Енциклопедія молекулярної біології.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Основи біохімії. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG та Engelke, DR (2002). Рибозими: каталітичні РНК, які вирізають речі, створюють речі та виконують незвичайні та корисні роботи. Біолог (Лондон, Англія), 49 (5), 199.
6. Ватсон, JD (2006). Молекулярна біологія гена. Panamerican Medical Ed.