RIBOZYMY: VLASTNOSTI A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto Ribozymy jsou RNA (ribonukleová kyselina) s katalytickou kapacitou, je schopné urychlit chemické reakce, ke kterým dochází v těle. Některé ribozymy mohou působit samostatně, zatímco jiné vyžadují přítomnost proteinu, aby účinně katalyzovaly.

Ribozymy, které se dosud objevily, se účastní reakcí generování transferových molekul RNA a sestřihových reakcí: transesterifikace, která se podílí na odstraňování intronů z molekul RNA, ať už jsou to messenger, transfer nebo ribozom. Podle funkce jsou rozděleny do pěti skupin.

Zdroj: Frédéric Dardel, z Wikimedia Commons

Objev ribozymů vzbudil zájem mnoha biologů. Tyto katalytické RNA byly navrženy jako potenciální kandidát pro molekuly, které pravděpodobně daly vzniknout prvním životním formám.

Navíc, stejně jako mnoho virů, používají RNA jako genetický materiál a mnoho z nich je katalytických. Ribozymy proto nabízejí příležitosti pro výrobu léčiv, které se snaží tyto katalyzátory napadnout.

Historická perspektiva

Po mnoho let se věřilo, že jediné molekuly schopné účastnit se biologické katalýzy byly proteiny.

Proteiny se skládají z dvaceti aminokyselin - každá s odlišnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi - které jim umožňují shlukování do široké škály komplexních struktur, jako jsou alfa helixy a beta listy.

V roce 1981 došlo k objevu prvního ribozymu, který ukončil paradigma, že jediné biologické molekuly, které jsou schopné katalyzovat, jsou proteiny.

Struktury enzymů umožňují vzít substrát a přeměnit jej na určitý produkt. Molekuly RNA mají také tuto schopnost skládat a katalyzovat reakce.

Ve skutečnosti se struktura ribozymu podobá struktuře enzymu se všemi jeho nejvýznamnějšími částmi, jako je aktivní místo, vazebné místo substrátu a vazebné místo kofaktoru.

RNAse P byla jedním z prvních objevených ribozymů a skládá se z proteinů a RNA. Podílí se na tvorbě molekul transferové RNA od větších prekurzorů.

Charakteristika katalýzy

Ribozymy jsou katalytické RNA molekuly schopné urychlení reakce přenosu fosforylskupinu řádově 10 ⁵ až 10 ¹¹.

V laboratorních experimentech se také ukázalo, že se účastní dalších reakcí, jako je fosfátová transesterifikace.

Druhy ribozymů

Existuje pět tříd nebo typů ribozymů: tři z nich se účastní auto-modifikačních reakcí, zatímco zbývající dvě (ribonukleáza P a ribozomální RNA) používají při katalytické reakci jiný substrát. Jinými slovy, molekula jiná než katalytická RNA.

Introny skupiny I

Tento typ intronů byl nalezen v mitochondriálních genech parazitů, hub, bakterií a dokonce i virů (jako je bakteriofág T4).

Například v prvokech druhu Tetrahymena thermofila je intron odstraněn z prekurzoru ribosomální RNA v řadě kroků: nejprve nukleotid nebo guanosinový nukleosid reaguje s fosfodiesterovou vazbou, která spojuje intron s exonovou reakcí transesterifikace.

Volný exon pak provádí stejnou reakci na fosfodiesterové vazbě exon-intron na konci akceptorové skupiny intronu.

Introny skupiny II

Introny skupiny II jsou známé jako "samo-sestřih", protože tyto RNA jsou schopny se sebe-sestřihnout. Introny v této kategorii se nacházejí v mitochondriálních RNA prekurzorech houbové linie.

Skupiny I a II a ribonukleázy P (viz níže) jsou ribozymy charakterizované tím, že jsou to velké molekuly, které mohou dosahovat až několika stovek nukleotiků na délku a tvoří komplexní struktury.

Introny skupiny III

Introny skupiny III se nazývají „samořezací“ RNA a byly identifikovány v rostlinných patogenních virech.

Tyto RNA mají zvláštnost, že jsou schopny se odříznout v maturační reakci genomických RNA, počínaje od prekurzorů s mnoha jednotkami.

V této skupině je jeden z nejpopulárnějších a studovaných ribozymů: kladivounový ribozym. To se nachází u ribonukleových infekčních agens rostlin, zvaných viroidy.

Tato činidla vyžadují, aby se proces samovolného štěpení množil a produkoval několik jeho kopií v souvislém řetězci RNA.

Viroidy musí být od sebe odděleny a tato reakce je katalyzována RNA sekvencí nalezenou na obou stranách spojovací oblasti. Jednou z těchto sekvencí je „hlava kladiva“ a je pojmenována pro podobnost své sekundární struktury s tímto nástrojem.

Ribonukleáza P

Čtvrtý typ ribozymu je tvořen RNA a proteinovými molekulami. V ribonukleázách je pro provedení katalytického procesu životně důležitá struktura RNA.

V buněčném prostředí působí ribonukleáza P stejným způsobem jako proteinové katalyzátory, což štěpí prekurzory transferové RNA, aby se vytvořil zralý 5 'konec.

Tento komplex je schopen rozpoznávat motivy, jejichž sekvence se v průběhu evoluce (nebo se změnily velmi málo) prekurzorů transferové RNA. Pro vazbu substrátu s ribozymem nevyužívá rozsáhlého komplementarity mezi bázemi.

Liší se od předchozí skupiny (kladivozelné ribozymy) a RNA podobných této, konečným produktem řezu: ribonukleáza produkuje 5 'fosfátový konec.

Bakteriální ribozom

Studie struktury ribozomu bakterií vedly k závěru, že má také vlastnosti ribozymu. Místo odpovědné za katalýzu se nachází v podjednotce 50S.

Evoluční důsledky ribozymů

Objev RNA s katalytickými kapacitami vedl ke vzniku hypotéz souvisejících s původem života a jeho vývojem v počátečních stadiích.

Tato molekula je základem hypotézy „raného světa RNA“. Několik autorů podporuje hypotézu, že před miliardami let musel život začít s určitou molekulou, která má schopnost katalyzovat své vlastní reakce.

Ribozymy se tedy jeví jako potenciální kandidáti na tyto molekuly, které vznikly první formy života.

Reference

1. Devlin, TM (2004). Biochemie: učebnice s klinickými aplikacemi. Obrátil jsem se.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Třicet pět let výzkumu ribozymů a katalýzy nukleových kyselin: kde dnes stojíme? F1000Výzkum, 5, F1000 Fakulta Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribozyme / katalytická RNA. Encyklopedie molekulární biologie.
4. Voet, D., Voet, JG a Pratt, CW (2014). Základy biochemie. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG, a Engelke, DR (2002). Ribozymy: katalytické RNA, které dělají věci, dělají věci a dělají zvláštní a užitečné úkoly. Biolog (Londýn, Anglie), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Molekulární biologie genu. Panamerican Medical Ed.