Ribozymes

Ett ribozym (förkortning av " ribonukleinsyra " och " enzym " ), även kallat enzymatisk RNA eller katalytiskt RNA, är en RNA- molekyl som har en katalytisk effekt. Många naturligt förekommande ribozymer katalyserar klyvningen av sig själva eller andra RNA-molekyler, dessutom sker bildandet av en peptidbindning i proteiner med hjälp av rRNA- ribosomen . Som en del av forskningen om livets ursprung var det möjligt att skapa artificiella ribozymer av typen RNA-polymeras , som kan katalysera sin egen sammansättning under vissa förhållanden [1] . De första laboratorieproverna visade en låg katalytisk förmåga: de lyckas samla inte mer än 14 nukleotider i en kedja på 24 timmar, varefter de sönderdelas på grund av hydrolysen av fosfodiesterbindningar , men resultatet förbättras gradvis: 2011, ett värde av 95 nukleotider nåddes [2] .

Upptäckt

Före upptäckten av ribozymer troddes enzymer  - proteiner med katalytiska egenskaper [3] - vara de enda organiska katalysatorerna . 1967 föreslog Carl Woese , Francis Crick och Leslie Orgel först att RNA kunde vara en katalysator. Detta antagande baserades på det faktum att RNA kan bilda en komplex sekundär struktur [4] . Det är nu känt att ribozymer och många andra RNA-molekyler har en komplex tertiär struktur [5] .

RNA-katalytisk aktivitet upptäcktes först på 1980-talet i pre-rRNA av Thomas Check , som studerade RNA-skarvning i ciliatet Tetrahymena thermophila , och Sidney Altman (Altman), som arbetade med det bakteriella ribonukleaset P.

Ribozymet visade sig vara en del av Tetrahymena pre-rRNA-molekylen som kodas av intronen av den extrakromosomala rDNA-genen; denna region utförde autosplicing, det vill säga den skar ut sig själv under rRNA-mognad. Katalytisk aktivitet hittades också i RNA-subenheten av ribonukleas P-komplexet involverat i bearbetningen av pre -tRNA (sedan visade Altman att denna aktivitet kan tillhandahållas av ribozymet utan deltagande av proteiner).

1989 fick Chek och Altman (ibland stavat "Altman" på ryska) Nobelpriset i kemi för att "upptäcka de katalytiska egenskaperna hos RNA" [6] .

Termen ribozym myntades av Kelly Krueger et al. i en artikel publicerad i tidskriften Cell 1982.

Åtgärd

Även om de flesta ribozymer sällan finns i celler, är de ibland mycket viktiga för deras existens. Till exempel är den aktiva delen av ribosomen  , den molekylära maskinen som översätter proteiner från RNA, ett ribozym.

Vissa ribozymer innehåller ofta tvåvärda metalljoner som kofaktorer , såsom Mg 2+ .

Det faktum att RNA kan innehålla ärftlig information gjorde det möjligt för Walter Gilbert att antyda att RNA under antiken användes både som genetiskt material och som katalysatorer och strukturella komponenter i cellen, och att dessa roller därefter omfördelades mellan DNA och proteiner . Denna hypotes är nu känd som RNA World Hypothesis .

Om RNA var de första molekylära maskinerna som användes i tidiga levande celler, så kan de ribozymer som finns idag (till exempel ribosomens apparat ) betraktas som levande fossiler - prover av levande varelser som består av nukleinsyror.

Nyligen genomförda studier om prionveckning visar att RNA kan katalysera proteinveckning till patologiska konfigurationer som liknar chaperonezymer [7] .

Kända ribozymer

Naturliga ribozymer

Följande ribozymer har hittats i naturen:

Syntetiska ribozymer

Efter upptäckten av naturliga ribozymer började forskningen på nya syntetiska ribozymer skapade in vitro. Till exempel har självklyvande RNA med hög katalytisk aktivitet erhållits.

Tan och Breaker [8] isolerade självklyvande RNA genom att välja slumpmässigt genererade fragment från RNA. Bland de syntetiska ribozymen finns det några som har en unik struktur som inte finns eller finns i naturen, samt andra som är väldigt lika det naturliga ribozymet av hammarhuvudtyp .

En metod för att detektera syntetiska ribozymer är den evolutionära metoden. Detta tillvägagångssätt bygger på RNA:s dubbla natur, som är både en katalysator och en informationskedja. På grund av denna dualitet är det ganska lätt att skapa en mängd olika RNA-katalysatorer med hjälp av enzymer av polymerastyp . De resulterande ribozymen genomgår mutationer genom omvänd transkription med användning av omvända transkriptaser för att bilda cDNA- fragment under den mutagena polymeraskedjereaktionen .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Johnston W., Unrau P., Lawrence M., Glasner M., Bartel D. RNA-katalyserad RNA-polymerisation: korrekt och allmän RNA-templaterad primerförlängning  //  Science : journal. - 2001. - Vol. 292 , nr. 5520 . - P. 1319-1325 . — PMID 11358999 . Arkiverad från originalet den 27 februari 2012.
  2. ↑ Aniela Wochner, James Attwater, Alan Coulson, Philipp Holliger. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme  (engelska)  // Science : journal. - 2011. - Vol. 332 , nr. 6026 . - S. 209-212 .
  3. ↑ Enzymdefinition Arkiverad 20 augusti 2008 på Wayback Machine Dictionary.com Åtkomst 6 april 2007
  4. ↑ Carl Woese, The Genetic Code (New York: Harper and Row, 1967).
  5. ↑ Nils G. Walter, John M. Burke, David P. Millar. Stabiliteten hos den tertiära hårnålsribozymstrukturen styrs av interdomänövergången. Nature Structural Biology, 1999, 6, sid. 544-549 doi:10.1038/9316
  6. ↑ Nobelpriset i kemi 1989 Arkiverat 4 december 2008 på Wayback Machine tilldelad Thomas Check och Sidney Altman "för deras upptäckt av RNAs katalytiska egenskaper".
  7. ↑ "Prionproteinomvandling in vitro" av S. Supattapone (2004) i Journal of Molecular Medicine Volym 82, sidorna 348-356.
  8. ↑ Jin Tang och Ronald R. Breaker. Strukturell mångfald av självklyvande ribozymer  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 1997. - Vol. 97 , nr. 11 . - P. 5784-5789 . — PMID 10823936 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk