Χαρακτηριστικά και τύποι ριβοενζύμων

Το ριβοένζυμα είναι RNA (ριβονουκλεϊνικό οξύ) με καταλυτική ικανότητα, δηλαδή ικανό να επιταχύνει τις χημικές αντιδράσεις που εμφανίζονται στον οργανισμό. Ορισμένα ριβοένζυμα μπορούν να δράσουν μόνοι, ενώ άλλα χρειάζονται την παρουσία πρωτεΐνης για την αποτελεσματική εκτέλεση της κατάλυσης.

Τα ριβοένζυμα που ανακαλύφθηκαν μέχρι τώρα εμπλέκονται στις αντιδράσεις δημιουργίας μορίων RNA μεταφοράς και στις αντιδράσεις του μάτισμα: μετεστεροποίηση που εμπλέκεται στην απομάκρυνση ιντρονίων από μόρια RNA, είτε αγγελιοφόρο, μεταφορά είτε ριβοσωματική. Ανάλογα με τη λειτουργία τους, ταξινομούνται σε πέντε ομάδες.

Η ανακάλυψη των ριβοενζύμων προκάλεσε το ενδιαφέρον πολλών βιολόγων. Αυτά τα καταλυτικά RNA έχουν προταθεί ως υποψήφιος υποψήφιος για τα μόρια που πιθανώς οδήγησαν σε πρώτες μορφές ζωής.

Επιπλέον, καθώς πολλοί ιοί χρησιμοποιούν το RNA ως γενετικό υλικό και πολλά από αυτά είναι καταλυτικά. Επομένως, τα ριβοένζυμα προσφέρουν ευκαιρίες για τη δημιουργία φαρμάκων που επιδιώκουν να επιτεθούν σε αυτούς τους καταλύτες.

Ευρετήριο

• 1 Ιστορική προοπτική
• 2 Χαρακτηριστικά της κατάλυσης
• 3 Τύποι ριβοενζύμων
  • 3.1. Ενδόνια της ομάδας Ι
  • 3.2. Introns της ομάδας II
  • 3.3 Introns της ομάδας III
  • 3.4 Ριμπουκλεάση Ρ
  • 3.5 Βακτηριακό ριβόσωμα
• 4 Εξέλιξη των ριβοενζύμων
• 5 Αναφορές

Ιστορική προοπτική

Για πολλά χρόνια πιστεύεται ότι τα μόνα μόρια ικανά να συμμετέχουν στη βιολογική κατάλυση ήταν πρωτεΐνες.

Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από είκοσι αμινοξέα - το καθένα με διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες - που τους επιτρέπουν να ομαδοποιούνται σε μια ευρεία ποικιλία σύνθετων δομών, όπως άλφα έλικες και βήτα φύλλα.

Το 1981, εμφανίστηκε η ανακάλυψη του πρώτου ριβοενζύμου, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι τα μόνα βιολογικά μόρια ικανά να πραγματοποιήσουν την κατάλυση είναι πρωτεΐνες..

Οι δομές των ενζύμων επιτρέπουν τη λήψη ενός υποστρώματος και τη μετατροπή του σε ένα συγκεκριμένο προϊόν. Τα μόρια RNA έχουν επίσης αυτήν την ικανότητα να αναδιπλώνουν και να καταλύουν τις αντιδράσεις.

Στην πραγματικότητα, η δομή ενός ριβοενζύμου μοιάζει με εκείνη ενός ενζύμου, με όλα τα πλέον προεξέχοντα μέρη του, όπως η ενεργή θέση, η θέση δέσμευσης του υποστρώματος και η θέση δέσμευσης συμπαράγοντα..

Η RNAse Ρ ήταν ένα από τα πρώτα ριβοένζυμα που ανακαλύφθηκαν και αποτελείται τόσο από πρωτεΐνες όσο και από RNA. Συμμετέχει στην παραγωγή μορίων RNA μεταφοράς ξεκινώντας από μεγαλύτερους προδρόμους.

Χαρακτηριστικά της κατάλυσης

Τα ριβοένζυμα είναι καταλυτικά μόρια RNA ικανά να επιταχύνουν τις αντιδράσεις μεταφοράς της φωσφορυλικής ομάδας κατά τάξεις μεγέθους 10.⁵ έως 10¹¹.

Σε εργαστηριακά πειράματα, έχει επίσης αποδειχθεί ότι συμμετέχουν σε άλλες αντιδράσεις, όπως η μετεστεροποίηση φωσφορικών.

Τύποι ριβοενζύμων

Υπάρχουν πέντε τάξεις ή τύπους ριβοενζύμων: τρεις από αυτές τις αντιδράσεις που εμπλέκονται στην automodification, ενώ τα υπόλοιπα δύο (ριβονουκλεάσης Ρ και ριβοσωμικού RNA) χρησιμοποιώντας ένα διαφορετικό υπόστρωμα στην καταλυτική αντίδραση. Με άλλα λόγια, ένα μόριο διαφορετικό από το καταλυτικό RNA.

Οι ιντρόνες της ομάδας Ι

Αυτός ο τύπος ιντρονίων έχει βρεθεί στα μιτοχονδριακά γονίδια των παρασίτων, των μυκήτων, των βακτηριδίων και ακόμη και των ιών (όπως ο βακτηριοφάγος Τ4).

Για παράδειγμα, στα πρωτόζωα του είδους Tetrahymena thermofila, ένα ιντρόνιο απομακρύνεται προδρόμου ριβοσωμικό RNA σε μία σειρά βημάτων: πρώτα, ένα νουκλεοτίδιο ή ένα νουκλεοσιδικό γουανοσίνη αντιδρά με το δεσμό φωσφοδιεστέρα που ενώνει το εξώνιο ιντρονίου - αντίδραση μετεστεροποίησης.

Στη συνέχεια, το ελεύθερο εξόνιο εκτελεί την ίδια αντίδραση στον δεσμό φωσφοδιεστέρα εξόν-ιντρονίου στο τέλος της ομάδας δέκτη ιντρονίου.

Ιντρόνια της ομάδας II

Τα ιντρόνια της ομάδας II είναι γνωστά ως "autoempalme", ​​δεδομένου ότι αυτά τα RNA είναι ικανά αυτο-σύνδεσης. Τα ιντρόνια αυτής της κατηγορίας βρίσκονται στους προδρόμους του μιτοχονδριακού RNA στη σειρά μυκήτων.

Οι ομάδες Ι και II και ριβονουκλεάσες Ρ (βλέπε παρακάτω) είναι ριβοένζυμα που χαρακτηρίζονται από το ότι είναι μεγάλα μόρια, μπορούν να φτάσουν μέχρι και αρκετές εκατοντάδες νουκλεοτίδια σε μήκος και να σχηματίσουν πολύπλοκες δομές.

Τα ιντρόνια της ομάδας III

Τα ιντρόνια της ομάδας III ονομάζονται "αυτοδιάκριτα" RNA και έχουν ταυτοποιηθεί στους παθογόνους ιούς των φυτών.

Αυτά τα RNAs έχουν την ιδιαιτερότητα ότι είναι σε θέση να κόβουν τον εαυτό τους στην αντίδραση ωρίμανσης των γονιδιωματικών RNA, ξεκινώντας από πρόδρομες με πολλές μονάδες.

Σε αυτή την ομάδα είναι ένα από τα πιο δημοφιλή και μελετημένα ριβοένζυμα: το ribozyme hammerhead. Αυτό βρίσκεται σε μολυσματικούς ριβονουκλεϊκούς παράγοντες των φυτών, που ονομάζονται ιοειδή.

Αυτοί οι παράγοντες απαιτούν τη διαδικασία αυτο-διάσπασης για να διαδοθούν και να παράγουν αρκετά αντίγραφα των ίδιων σε μια συνεχή αλυσίδα RNA.

Τα ιοειδή πρέπει να διαχωρίζονται το ένα από το άλλο και αυτή η αντίδραση καταλύεται από την αλληλουχία RNA που βρίσκεται και στις δύο πλευρές της περιοχής δέσμευσης. Μία από αυτές τις αλληλουχίες είναι το "σφυρί" και ονομάζεται για την ομοιότητα της δευτερογενούς δομής του με αυτό το όργανο.

Ριμπουκλεάση Ρ

Ο τέταρτος τύπος ριβοενζύμων σχηματίζεται τόσο από μόρια RNA όσο και από πρωτεΐνες. Στις ριβονουκλεάσες, η δομή του RNA είναι ζωτικής σημασίας για την διεξαγωγή της καταλυτικής διαδικασίας.

Στο κυψελοειδές περιβάλλον, η ριβονουκλεάση Ρ δρα με τον ίδιο τρόπο όπως και οι καταλύτες πρωτεΐνης, με το κόψιμο των προδρόμων RNA μεταφοράς προκειμένου να δημιουργηθεί ένα ώριμο άκρο 5 '.

Αυτό το σύμπλεγμα είναι ικανό να εκτελέσει την αναγνώριση μοτίβων των οποίων οι αλληλουχίες δεν έχουν μεταβληθεί κατά τη διάρκεια της εξέλιξης (ή έχουν αλλάξει πολύ λίγο) των προδρόμων RNA μεταφοράς. Για να δεσμεύσει το υπόστρωμα με το ριβόζυμο, δεν χρησιμοποιεί εκτεταμένα τη συμπληρωματικότητα μεταξύ των βάσεων.

Διαφέρουν από την προηγούμενη ομάδα (ριβοένζυμα σφυριού) και RNA παρόμοια με αυτό, από το τελικό προϊόν της περικοπής: η ριβονουκλεάση παράγει φωσφορικό άκρο 5 '.

Βακτηριακό ριβόσωμα

Μελέτες της δομής του ριβοσώματος των βακτηρίων επέτρεψαν να συμπεράνουμε ότι αυτό έχει επίσης ιδιότητες ενός ριβοζύμου. Η περιοχή που είναι υπεύθυνη για την κατάλυση βρίσκεται στην υπομονάδα 50S.

Εξελικτικές επιπτώσεις των ριβοενζύμων

Η ανακάλυψη RNAs με καταλυτικές ικανότητες έχει οδηγήσει στη δημιουργία υποθέσεων σχετικών με την προέλευση της ζωής και την εξέλιξή της σε αρχικά στάδια.

Αυτό το μόριο είναι η βάση της υπόθεσης "πρωτόγονου κόσμου RNA". Αρκετοί συγγραφείς υποστηρίζουν την υπόθεση ότι, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, η ζωή έπρεπε να αρχίσει με ένα συγκεκριμένο μόριο που έχει την ικανότητα να καταλύει τις δικές του αντιδράσεις.

Έτσι, τα ριβοένζυμα φαίνεται να είναι πιθανά υποψήφια για αυτά τα μόρια που δημιούργησαν τις πρώτες μορφές ζωής.

Αναφορές

1. Devlin, Τ. Μ. (2004). Βιοχημεία: βιβλίο με κλινικές εφαρμογές. Αντίστροφα.
2. Müller, S., Appel, Β., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). 35 χρόνια έρευνας σχετικά με τα ριβοένζυμα και την κατάλυση με νουκλεϊνικά οξέα: πού βρισκόμαστε σήμερα; F1000Research, 5, F1000 Σχολή Rev-1511.
3. Strobel, S. Α. (2002). Ριμποζύμη / Καταλυτικό RNA. Εγκυκλοπαίδεια Μοριακής Βιολογίας.
4. Voet, D., Voet, J.G., & Pratt, C.W. (2014). Βασικές αρχές της βιοχημείας. Ed. Panamericana Medical.
5. Walter, Ν. G., & Engelke, D. R. (2002). Ριμποζύμες: καταλυτικά RNA που κόβουν τα πράγματα, κάνουν τα πράγματα και κάνουν περίεργες και χρήσιμες εργασίες. Βιολόγος (Λονδίνο, Αγγλία), 49(5), 199.
6. Watson, J.D. (2006). Μοριακή βιολογία του γονιδίου. Ed. Panamericana Medical.