RIBOCIMI: ZNAČILNOSTI IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

V ribocime so RNA (ribonukleinska kislina) s katalitsko kapaciteto, da je sposobna pospešitev kemičnih reakcij v telesu. Nekateri ribocimi lahko delujejo sami, drugi pa potrebujejo prisotnost beljakovin, da se učinkovito katalizirajo.

Doslej odkriti ribozimi sodelujejo v reakcijah generiranja molekul prenosne RNA in pri spajanju reakcij: preskusna verifikacija, ki sodeluje pri odstranjevanju intronov iz molekul RNA, bodisi sel, prenos ali ribosomal. Glede na funkcijo jih razvrstimo v pet skupin.

Vir: Frédéric Dardel, iz Wikimedia Commons

Odkritje ribocimov je vzbudilo zanimanje mnogih biologov. Te katalitične RNA so bile predlagane kot potencialni kandidat za molekule, ki so morda prinesle prve življenjske oblike.

Kot mnogi virusi tudi RNA uporabljajo genetski material in mnogi od njih so katalitični. Zato ribozimi ponujajo priložnosti za ustvarjanje zdravil, ki želijo napasti te katalizatorje.

Zgodovinska perspektiva

Dolga leta je veljalo, da so edine molekule, ki lahko sodelujejo v biološki katalizi, beljakovine.

Beljakovine sestavljajo dvajset aminokislin - vsaka z različnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi -, ki jim omogočajo, da se združijo v najrazličnejše kompleksne strukture, kot so alfa vijaki in beta listi.

Leta 1981 je prišlo do odkritja prvega ribozima, s čimer se je končala paradigma, da so edine biološke molekule, ki so sposobne katalizirati, beljakovine.

Strukture encimov omogočajo, da vzamejo substrat in ga pretvorijo v določen izdelek. Tudi molekule RNA imajo to sposobnost, da se reakcije zlagajo in katalizirajo.

Struktura ribozima je v resnici podobna encimu z vsemi najvidnejšimi deli, kot so aktivno mesto, mesto vezave substrata in mesto vezave kofaktorja.

RNAza P je bila eden prvih ribozimov, ki so jo odkrili in je sestavljena iz beljakovin in RNA. Sodeluje pri ustvarjanju molekul prenosne RNA, začenši z večjimi predhodniki.

Značilnosti katalize

Ribocimi so katalitične molekule RNA, ki lahko pospešijo reakcije prenosa fosforilne skupine z redom 10 ⁵ do 10 ¹¹ .

V laboratorijskih poskusih so pokazali, da sodelujejo tudi v drugih reakcijah, kot je na primer fosfatna transeterifikacija.

Vrste ribocimov

Obstaja pet razredov ali vrst ribocimov: trije od njih sodelujejo v samo-spreminjajočih se reakcijah, preostala dva (ribonukleaza P in ribosomska RNA) pa v katalitični reakciji uporabljajo drugačen substrat. Z drugimi besedami, molekula, ki ni katalitična RNA.

Introni I skupine

To vrsto intronov najdemo v mitohondrijskih genih parazitov, gliv, bakterij in celo virusov (kot je bakteriofag T4).

Na primer, v protozojih vrste Tetrahymena thermofila se intron odstrani iz prekurzorja ribosomske RNA v več korakih: najprej nukleotid ali nukleozid gvanozina reagira s fosfodiestersko vezjo, ki se pridruži intronu z reakcijo eksona transaterializacije.

Prosti ekson nato izvaja enako reakcijo na fosfodiesterski vezi ekson-intron na koncu akceptorske skupine introna.

Introni II. Skupine

Introni skupine II so znani kot "samoplastitve", saj so te RNK sposobne samoplastiranja. Introni v tej kategoriji se nahajajo v prekurzorjih mitohondrijske RNA v glivični rodu.

Ribonukleze skupine I in II in P (glej spodaj) so ribocimi, za katere je značilno, da so velike molekule, ki lahko dosežejo do nekaj sto nukleotikov in tvorijo zapletene strukture.

Introni skupine III

Introni skupine III se imenujejo "samosekajoča" RNA in so bili prepoznani v rastlinskih patogenih virusih.

Te RNK imajo posebnost, da se lahko režejo v reakciji zorenja genskih RNK, začenši s predhodniki z veliko enotami.

V tej skupini je eden najbolj priljubljenih in preučenih ribocimov: ribozim kladiva. To najdemo v ribonukleinskih povzročiteljih okužb rastlin, imenovanih viroidi.

Ta sredstva zahtevajo, da se postopek samo-cepitve razmnoži in ustvari več kopij samega sebe v neprekinjeni verigi RNA.

Viroide je treba ločiti drug od drugega in to reakcijo katalizira zaporedje RNA, ki ga najdemo na obeh straneh stičišča. Ena od teh zaporedij je "kladiva glava" in je imenovana po podobnosti svoje sekundarne strukture s tem instrumentom.

Ribonukleaza P

Četrti tip ribozima je sestavljen iz molekul RNA in beljakovin. Pri ribonuklezi je za izvajanje katalitičnega procesa ključnega pomena struktura RNA.

V celičnem okolju ribonukleaza P deluje na enak način kot beljakovinski katalizatorji in reže predhodnike prenosne RNK, da ustvari zrel 5 'konec.

Ta kompleks lahko prepozna motive, katerih zaporedja se med evolucijo (ali pa so se zelo malo spremenile) predhodnikov prenosne RNA niso spremenila. Za vezavo substrata z ribozimom se komplementarnost med bazami ne uporablja na široko.

Od prejšnje skupine (kladiva-kladiva) in RNA-jev, podobnih tej, se razlikujejo po končnem proizvodu reza: ribonukleaza tvori 5 'fosfatni konec.

Bakterijski ribosom

Študije strukture ribosoma bakterij so privedle do zaključka, da ima tudi lastnosti ribozima. Mesto, odgovorno za katalizo, se nahaja v podenoti 50S.

Evolucijske posledice ribocimov

Odkritje RNK s katalitično zmogljivostjo je privedlo do nastanka hipotez, povezanih z nastankom življenja in njegovim razvojem v začetnih fazah.

Ta molekula je osnova za hipotezo o "zgodnjem svetu RNA". Več avtorjev podpira hipotezo, da se je pred milijardami let življenje moralo začeti z določeno molekulo, ki lahko katalizira lastne reakcije.

Tako se zdi, da so ribozimi potencialni kandidati za te molekule, ki so nastale v prvih oblikah življenja.

Reference

1. Devlin, TM (2004). Biokemija: učbenik s kliničnimi aplikacijami. Sem obrnil.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Petindvajset let raziskav ribozimov in nukleinske kisline: kje danes stojimo ?. F1000Research, 5, F1000 Fakulteta Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribocim / katalitična RNA. Enciklopedija molekularne biologije.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Osnove biokemije. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG in Engelke, DR (2002). Ribocimi: katalitična RNA, ki razrežejo stvari, delajo stvari in opravljajo čudna in koristna opravila. Biolog (London, Anglija), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Molekularna biologija gena. Panamerican Medical Ed.