РИБОЗИМЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА И ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эти рибозимы являются РНК (рибонуклеиновой кислоты) , с каталитической способности, она способна ускорять химические реакции , возникающие в организме. Некоторые рибозимы могут действовать сами по себе, в то время как другим требуется присутствие белка для эффективного катализирования.

Обнаруженные к настоящему времени рибозимы участвуют в реакциях генерации молекул РНК-переносчика и в реакциях сплайсинга: переэтерификации, которые участвуют в удалении интронов из молекул РНК, будь то мессенджер, переносчик или рибосома. В зависимости от функции они делятся на пять групп.

Источник: Фредерик Дардель, Wikimedia Commons.

Открытие рибозимов вызвало интерес у многих биологов. Эти каталитические РНК были предложены в качестве потенциальных кандидатов для молекул, которые, возможно, дали начало первым формам жизни.

Кроме того, как и многие вирусы, они используют РНК в качестве генетического материала, и многие из них являются каталитическими. Таким образом, рибозимы открывают возможности для создания лекарств, которые атакуют эти катализаторы.

Историческая перспектива

В течение многих лет считалось, что единственными молекулами, способными участвовать в биологическом катализе, являются белки.

Белки состоят из двадцати аминокислот, каждая из которых имеет различные физические и химические свойства, что позволяет им группироваться в самые разные сложные структуры, такие как альфа-спирали и бета-листы.

В 1981 году произошло открытие первого рибозима, положившего конец парадигме, согласно которой единственными биологическими молекулами, способными катализировать, являются белки.

Структуры ферментов позволяют взять субстрат и превратить его в определенный продукт. Молекулы РНК также обладают способностью сворачиваться и катализировать реакции.

Фактически, структура рибозима напоминает структуру фермента со всеми его наиболее заметными частями, такими как активный сайт, сайт связывания субстрата и сайт связывания кофактора.

РНКаза P была одним из первых открытых рибозимов и состоит как из белков, так и из РНК. Он участвует в генерации молекул транспортной РНК, начиная с более крупных предшественников.

Характеристики катализа

Рибозимы представляют собой каталитические молекулы РНК, способные ускорять реакции переноса фосфорильных групп на порядки от 10 ⁵ до 10 ¹¹ .

В лабораторных экспериментах было показано, что они также участвуют в других реакциях, таких как переэтерификация фосфата.

Типы рибозимов

Существует пять классов или типов рибозимов: три из них участвуют в реакциях самомодификации, а остальные два (рибонуклеаза P и рибосомальная РНК) используют другой субстрат в каталитической реакции. Другими словами, молекула, отличная от каталитической РНК.

Интроны группы I

Этот тип интронов был обнаружен в митохондриальных генах паразитов, грибов, бактерий и даже вирусов (например, бактериофага Т4).

Например, у простейших видов Tetrahymena thermofila интрон удаляется из предшественника рибосомной РНК в несколько этапов: сначала нуклеотид или нуклеозид гуанозина вступает в реакцию с фосфодиэфирной связью, которая соединяет интрон с экзоном - реакция переэтерификации.

Затем свободный экзон выполняет ту же реакцию по фосфодиэфирной связи экзон-интрон на конце акцепторной группы интрона.

Интроны группы II

Интроны группы II известны как «самосплайсинг», поскольку эти РНК способны к самосплайсингу. Интроны этой категории обнаруживаются в предшественниках митохондриальной РНК грибкового происхождения.

Группы I и II и рибонуклеазы P (см. Ниже) представляют собой рибозимы, характеризующиеся тем, что они являются большими молекулами, которые могут достигать в длину до нескольких сотен нуклеотиков, и образуют сложные структуры.

Интроны III группы

Интроны группы III, называемые «саморезирующими» РНК, были идентифицированы в патогенных вирусах растений.

Эти РНК обладают способностью разрезать себя в реакции созревания геномных РНК, начиная с предшественников с множеством единиц.

В эту группу входит один из самых популярных и изученных рибозимов: рибозим «головка молотка». Он содержится в рибонуклеиновых возбудителях инфекционных заболеваний растений, называемых вироидами.

Эти агенты требуют процесса саморасщепления для размножения и создания множества своих копий в непрерывной цепи РНК.

Вироиды должны быть отделены друг от друга, и эта реакция катализируется последовательностью РНК, находящейся по обе стороны от области соединения. Одна из этих последовательностей - «головка молотка», названная так из-за сходства ее вторичной структуры с этим инструментом.

Рибонуклеаза P

Рибозим четвертого типа состоит как из РНК, так и из белковых молекул. В рибонуклеазах структура РНК жизненно важна для осуществления каталитического процесса.

В клеточной среде рибонуклеаза P действует так же, как белковые катализаторы, разрезая предшественники транспортной РНК, чтобы образовать зрелый 5'-конец.

Этот комплекс способен распознавать мотивы, последовательности которых не изменились в ходе эволюции (или изменились очень мало) предшественников транспортной РНК. Чтобы связать субстрат с рибозимом, не требуется широко использовать комплементарность между основаниями.

Они отличаются от предыдущей группы (рибозимы в форме головки молотка) и РНК, подобных этой, конечным продуктом разрезания: рибонуклеаза дает 5'-фосфатный конец.

Бактериальная рибосома

Исследования структуры рибосомы бактерий привели к выводу, что она также обладает свойствами рибозима. Сайт, отвечающий за катализ, расположен в субъединице 50S.

Эволюционное значение рибозимов

Открытие РНК с каталитической способностью привело к генерации гипотез, связанных с происхождением жизни и ее эволюцией на начальных этапах.

Эта молекула является основой гипотезы «раннего мира РНК». Некоторые авторы поддерживают гипотезу о том, что миллиарды лет назад жизнь, должно быть, началась с определенной молекулы, способной катализировать свои собственные реакции.

Таким образом, рибозимы, по-видимому, являются потенциальными кандидатами на эти молекулы, которые породили первые формы жизни.

Ссылки

1. Девлин, Т.М. (2004). Биохимия: учебник с клиническими приложениями. Я поменял направление.
2. Мюллер, С., Аппель, Б., Балке, Д., Иероним, Р., & Нюбель, К. (2016). Тридцать пять лет исследований рибозимов и катализа нуклеиновых кислот: где мы находимся сегодня? F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-1511.
3. Стробель, С.А. (2002). Рибозим / Каталитическая РНК. Энциклопедия молекулярной биологии.
4. Воет, Д., Воет, Дж. Г., и Пратт, CW (2014). Основы биохимии. Panamerican Medical Ed.
5. Вальтер, Н.Г., и Энгельке, Д.Р. (2002). Рибозимы: каталитические РНК, которые разрезают и создают вещи, а также выполняют странную и полезную работу. Биолог (Лондон, Англия), 49 (5), 199.
6. Уотсон, JD (2006). Молекулярная биология гена. Panamerican Medical Ed.