РИБОЗИМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На рибозимите са RNA (рибонуклеинова киселина) с каталитично капацитет, той е способен да ускорява химичните реакции, протичащи в тялото. Някои рибозими могат да действат самостоятелно, докато други изискват наличието на протеин за ефективно катализиране.

Откритите досега рибозими участват в реакции на генериране на трансферни РНК молекули и в сплайсинг реакции: трансестерификацията, която участва в отстраняването на интрони от молекулите на РНК, независимо дали е пратеник, трансфер или рибозом. В зависимост от тяхната функция те се класифицират в пет групи.

Източник: От Фредерик Дардел, от Wikimedia Commons

Откриването на рибозими предизвика интереса на много биолози. Тези каталитични РНК са предложени като потенциален кандидат за молекулите, които евентуално са породили първите форми на живот.

Освен това, както много вируси, те използват РНК като генетичен материал и много от тях са каталитични. Следователно рибозимите предлагат възможности за създаване на лекарства, които се стремят да атакуват тези катализатори.

Историческа перспектива

Дълги години се смяташе, че единствените молекули, способни да участват в биологичната катализа, са протеини.

Протеините са съставени от двадесет аминокиселини - всяка с различни физични и химични свойства - които им позволяват да се струпват в голямо разнообразие от сложни структури, като алфа спирали и бета листове.

През 1981 г. става откриването на първия рибозим, с което се прекратява парадигмата, че единствените биологични молекули, способни да катализират, са протеини.

Структурите на ензимите позволяват да се вземе субстрат и да се трансформира в определен продукт. РНК молекулите също имат тази способност да сгъват и катализират реакциите.

Всъщност структурата на рибозима наподобява структурата на ензим с всички негови най-видни части, като активното място, мястото на свързване на субстрата и мястото на свързване на кофактора.

РНКза Р беше един от първите открити рибозими и се състои както от протеини, така и от РНК. Той участва в генерирането на трансферни РНК молекули, започвайки от по-големи прекурсори.

Характеристики на катализа

Рибозимите са каталитични РНК молекули, способни да ускорят реакциите на трансфер на фосфорилни групи с порядък от 10 ⁵ до 10 ¹¹.

В лабораторни експерименти е доказано, че участват и в други реакции, като фосфатна транзестерификация.

Видове рибозими

Има пет класа или видове рибозими: три от тях участват в самомодифициращи се реакции, докато останалите два (рибонуклеаза Р и рибозомна РНК) използват различен субстрат в каталитичната реакция. С други думи, молекула, различна от каталитична РНК.

Интрони от I група

Този тип интрони е открит в митохондриалните гени на паразити, гъбички, бактерии и дори вируси (като бактериофаг Т4).

Например, в протозоите на вида Tetrahymena thermofila, интрон се отстранява от рибозомния РНК предшественик на серия от стъпки: първо нуклеотид или гуанозин нуклеозид реагира с фосфодиестерната връзка, която се присъединява към интрона с реакцията на екзон на преестерификация.

След това свободният екзон извършва същата реакция при връзката фосфодиестер на екзон-интрон в края на акцепторната група на интрона.

Интрони от II група

Интроните от II група са известни като "самоспластиране", тъй като тези РНК са способни да се самоспластират. Интрони в тази категория се намират в митохондриални РНК предшественици в гъбичната линия.

Групи I и II и P рибонуклеази (виж по-долу) са рибозими, характеризиращи се с това, че са големи молекули, които могат да достигнат до няколкостотин нуклеотиди по дължина и образуват сложни структури.

Интрони от III група

Интроните от III група се наричат ​​"саморежеща" РНК и са идентифицирани в растителни патогенни вируси.

Тези РНК имат особеността да могат да се прекъснат в реакцията на зреене на геномните РНК, започвайки от прекурсори с много единици.

В тази група е един от най-популярните и изследвани рибозими: рибозим с чук. Това се намира в рибонуклеиновите инфекциозни агенти на растенията, наречени вируиди.

Тези агенти изискват процеса на саморазцепване, за да се размножават и произвеждат множество копия от себе си в непрекъсната РНК верига.

Вироидите трябва да бъдат разделени един от друг и тази реакция се катализира от РНК последователността, открита от двете страни на съединителната област. Една от тези последователности е „главата на чука“ и е наречена заради сходството на своята вторична структура с този инструмент.

Рибонуклеаза Р

Четвъртият вид рибозим е съставен както от РНК, така и от протеинови молекули. При рибонуклеази структурата на РНК е жизненоважна за осъществяване на каталитичния процес.

В клетъчната среда рибонуклеаза Р действа по същия начин като протеиновите катализатори, като реже прекурсори на трансферната РНК, за да генерира зрял 5 'край.

Този комплекс е способен да разпознава мотиви, чиито последователности не са се променили в хода на еволюцията (или са се променили много малко) на предшествениците на трансферната РНК. За да свърже субстрата с рибозим, той не използва широко допълване между бази.

Те се различават от предишната група (рибозими с чук) и РНК, подобни на тази, по крайния продукт на разрязването: рибонуклеазата произвежда 5 'фосфатен край.

Бактериална рибозома

Проучванията на структурата на рибозомата на бактериите доведоха до извода, че тя има и свойства на рибозим. Мястото, отговарящо за катализата, е разположено в подразделението 50S.

Еволюционни последици от рибозимите

Откриването на РНК с каталитичен капацитет доведе до генерирането на хипотези, свързани с произхода на живота и неговата еволюция в началните етапи.

Тази молекула е основата на хипотезата за „ранния свят на РНК“. Няколко автори подкрепят хипотезата, че преди милиарди години животът трябва да е започнал с определена молекула, която има способността да катализира собствените си реакции.

По този начин рибозимите изглежда са потенциални кандидати за тези молекули, които произлизат от първите форми на живот.

Препратки

1. Devlin, TM (2004). Биохимия: учебник с клинични приложения. Обърнах се.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Тридесет и пет години изследвания на рибозими и катализа на нуклеиновите киселини: къде стоим днес ?. F1000Research, 5, F1000 Факултет Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Рибозим / каталитична РНК. Енциклопедия на молекулярната биология.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Основи на биохимията. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG и Engelke, DR (2002). Рибозими: каталитични РНК, които режат нещата, правят нещата и вършат странни и полезни задачи. Биолог (Лондон, Англия), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Молекулярна биология на гена. Panamerican Medical Ed.