RIBOZYMEN: KENMERKEN EN SOORTEN - BIOLOGIE - 2025

De ribozymen zijn RNA (ribonucleïnezuur) met katalytische capaciteit, het is in staat om de chemische reacties in het lichaam te versnellen. Sommige ribozymen kunnen alleen werken, terwijl andere de aanwezigheid van een eiwit nodig hebben om effectief te katalyseren.

De tot dusver ontdekte ribozymen nemen deel aan reacties voor het genereren van transfer-RNA-moleculen en aan splitsingsreacties: transesterificatie die deelnemen aan de verwijdering van introns uit RNA-moleculen, of het nu gaat om boodschapper, transfer of ribosomaal. Afhankelijk van hun functie worden ze ingedeeld in vijf groepen.

Bron: door Frédéric Dardel, van Wikimedia Commons

De ontdekking van ribozymen heeft de interesse van veel biologen gewekt. Deze katalytische RNA's zijn voorgesteld als een potentiële kandidaat voor de moleculen die mogelijk aanleiding gaven tot de eerste levensvormen.

Bovendien gebruiken ze, zoals veel virussen, RNA als genetisch materiaal en veel van hen zijn katalytisch. Daarom bieden ribozymen kansen voor het maken van geneesmiddelen die deze katalysatoren proberen aan te vallen.

Historisch perspectief

Jarenlang werd aangenomen dat de enige moleculen die aan biologische katalyse konden deelnemen, eiwitten waren.

Eiwitten bestaan ​​uit twintig aminozuren - elk met verschillende fysische en chemische eigenschappen - waardoor ze kunnen clusteren tot een grote verscheidenheid aan complexe structuren, zoals alfahelices en bètavellen.

In 1981 vond de ontdekking van het eerste ribozym plaats, waarmee een einde kwam aan het paradigma dat eiwitten de enige biologische moleculen zijn die in staat zijn tot katalyse.

De structuren van enzymen maken het mogelijk om een ​​substraat te nemen en dit om te zetten in een bepaald product. RNA-moleculen hebben ook dit vermogen om reacties te vouwen en te katalyseren.

In feite lijkt de structuur van een ribozym op die van een enzym, met al zijn meest prominente onderdelen, zoals de actieve plaats, de substraatbindingsplaats en de cofactorbindingsplaats.

RNAse P was een van de eerste ribozymen die werd ontdekt en bestaat uit zowel eiwitten als RNA. Het neemt deel aan het genereren van transfer-RNA-moleculen uitgaande van grotere voorlopers.

Kenmerken van katalyse

Ribozymen zijn katalytische RNA-moleculen die versnellen fosforylgroep overdrachtsreacties orden van grootte 10 ⁵ om 10 ¹¹ .

In laboratoriumexperimenten is aangetoond dat ze ook deelnemen aan andere reacties, zoals fosfaattransesterificatie.

Soorten ribozymen

Er zijn vijf klassen of typen ribozymen: drie hiervan nemen deel aan zelfmodificerende reacties, terwijl de overige twee (ribonuclease P en ribosomaal RNA) een ander substraat gebruiken bij de katalytische reactie. Met andere woorden, een ander molecuul dan katalytisch RNA.

Introns van groep I

Dit type introns is gevonden in de mitochondriale genen van parasieten, schimmels, bacteriën en zelfs virussen (zoals bacteriofaag T4).

In de protozoa van de soort Tetrahymena thermofila wordt bijvoorbeeld een intron verwijderd uit de ribosomale RNA-precursor in een reeks stappen: eerst reageert een nucleotide of een guanosinenucleoside met de fosfodiesterbinding die het intron verbindt met het exon - reactie van omestering.

Het vrije exon voert dan dezelfde reactie uit bij de exon-intron-fosfodiësterbinding aan het einde van de acceptorgroep van het intron.

Groep II-introns

Groep II-introns staan ​​bekend als "self-splicing", aangezien deze RNA's in staat zijn tot zelf-splitsing. Introns in deze categorie worden aangetroffen in mitochondriale RNA-precursoren in de schimmellijn.

Groepen I en II en P-ribonucleasen (zie hieronder) zijn ribozymen die worden gekenmerkt doordat ze grote moleculen zijn, die honderden nucleotica lang kunnen worden en complexe structuren vormen.

Groep III introns

Groep III-introns worden "zelfsnijdend" RNA genoemd en zijn geïdentificeerd in plantpathogene virussen.

Deze RNA's hebben de bijzonderheid dat ze zichzelf kunnen snijden in de rijpingsreactie van genomische RNA's, uitgaande van voorlopers met veel eenheden.

In deze groep is een van de meest populaire en bestudeerde ribozymen: hamerkop ribozymen. Dit wordt aangetroffen in ribonucleïsche infectieuze agentia van planten, viroïden genaamd.

Deze middelen vereisen het zelf-splitsingsproces om zich voort te planten en meerdere kopieën van zichzelf te produceren in een continue RNA-keten.

De viroïden moeten van elkaar worden gescheiden en deze reactie wordt gekatalyseerd door de RNA-sequentie die aan beide zijden van het verbindingsgebied wordt aangetroffen. Een van deze sequenties is de 'hamerkop' en het is genoemd naar de gelijkenis van zijn secundaire structuur met dit instrument.

Ribonuclease P

Het vierde type ribozym bestaat uit zowel RNA- als eiwitmoleculen. Bij ribonucleasen is de structuur van RNA essentieel om het katalytische proces uit te voeren.

In de cellulaire omgeving werkt ribonuclease P op dezelfde manier als proteïnekatalysatoren, door precursors van transfer-RNA te snijden om een ​​volwassen 5'-uiteinde te genereren.

Dit complex is in staat motieven te herkennen waarvan de sequenties niet zijn veranderd in de loop van de evolutie (of zeer weinig zijn veranderd) van de voorlopers van transfer-RNA. Om het substraat met ribozym te binden, maakt het niet uitgebreid gebruik van complementariteit tussen basen.

Ze verschillen van de vorige groep (hamerkopribozymen) en RNA's vergelijkbaar met deze, door het eindproduct van de snede: ribonuclease produceert een 5'-fosfaatuiteinde.

Bacterieel ribosoom

Onderzoek naar de structuur van het ribosoom van bacteriën heeft tot de conclusie geleid dat het ook eigenschappen van een ribozym heeft. De site die verantwoordelijk is voor de katalyse bevindt zich in de 50S-subeenheid.

Evolutionaire implicaties van ribozymen

De ontdekking van RNA's met katalytische capaciteiten heeft geleid tot het genereren van hypothesen met betrekking tot het ontstaan ​​van leven en de evolutie ervan in beginnende stadia.

Dit molecuul is de basis voor de "vroege wereld van RNA" -hypothese. Verschillende auteurs ondersteunen de hypothese dat het leven miljarden jaren geleden moet zijn begonnen met een bepaald molecuul dat het vermogen heeft om zijn eigen reacties te katalyseren.

Ribozymen lijken dus potentiële kandidaten te zijn voor deze moleculen die de eerste levensvormen hebben voortgebracht.

Referenties

1. Devlin, TM (2004). Biochemie: leerboek met klinische toepassingen. Ik draaide me om.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Vijfendertig jaar onderzoek naar ribozymen en nucleïnezuurkatalyse: waar staan ​​we vandaag? F1000Research, 5, F1000 Faculteit Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribozyme / katalytisch RNA. Encyclopedia of Molecular Biology.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Fundamentals of Biochemistry. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG en Engelke, DR (2002). Ribozymen: katalytische RNA's die dingen snijden, dingen maken en vreemde en nuttige taken uitvoeren. Bioloog (Londen, Engeland), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Moleculaire biologie van het gen. Panamerican Medical Ed.