RIBOZYME: ĐẶC ĐIỂM VÀ LOẠI - SINH HỌC - 2025

Các ribozyme là RNA (axit ribonucleic) có khả năng xúc tác, nó có khả năng đẩy nhanh các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể. Một số ribozyme có thể hoạt động đơn lẻ, trong khi những ribozyme khác yêu cầu sự hiện diện của protein để xúc tác hiệu quả.

Các ribozyme được phát hiện cho đến nay tham gia vào các phản ứng tạo ra các phân tử RNA vận chuyển và trong các phản ứng nối: phản ứng transesterization tham gia vào việc loại bỏ các intron khỏi phân tử RNA, dù là chất truyền tin, chất chuyển giao hay ribosome. Tùy thuộc vào chức năng của chúng, chúng được phân thành năm nhóm.

Nguồn: Bởi Frédéric Dardel, từ Wikimedia Commons

Việc phát hiện ra ribozyme đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà sinh vật học. Các RNA xúc tác này đã được đề xuất như một ứng cử viên tiềm năng cho các phân tử có thể tạo ra các dạng sống đầu tiên.

Hơn nữa, giống như nhiều loại virus, chúng sử dụng RNA làm vật liệu di truyền và nhiều trong số chúng là chất xúc tác. Do đó, ribozyme tạo cơ hội cho việc tạo ra các loại thuốc tìm cách tấn công các chất xúc tác này.

Quan điểm lịch sử

Trong nhiều năm, người ta tin rằng các phân tử duy nhất có khả năng tham gia xúc tác sinh học là protein.

Protein được tạo thành từ 20 axit amin - mỗi loại có các đặc tính vật lý và hóa học khác nhau - cho phép chúng nhóm lại với nhau thành nhiều loại cấu trúc phức tạp, chẳng hạn như xoắn alpha và tấm beta.

Năm 1981, việc phát hiện ra ribozyme đầu tiên đã kết thúc mô hình mà các phân tử sinh học duy nhất có khả năng xúc tác là protein.

Cấu trúc của các enzym cho phép lấy một cơ chất và biến đổi nó thành một sản phẩm nhất định. Các phân tử RNA cũng có khả năng này để gấp và xúc tác các phản ứng.

Trên thực tế, cấu trúc của ribozyme giống cấu trúc của một enzym, với tất cả các phần nổi bật nhất của nó, chẳng hạn như vị trí hoạt động, vị trí liên kết cơ chất và vị trí liên kết đồng yếu tố.

RNAse P là một trong những ribozyme đầu tiên được phát hiện và bao gồm cả protein và RNA. Nó tham gia vào việc tạo ra các phân tử RNA chuyển giao bắt đầu từ các tiền chất lớn hơn.

Đặc điểm của xúc tác

Ribozyme là các phân tử RNA xúc tác có khả năng tăng tốc các phản ứng chuyển nhóm phosphoryl theo các bậc có độ lớn từ 10 ⁵ đến 10 ¹¹ .

Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, chúng cũng được chứng minh là tham gia vào các phản ứng khác, chẳng hạn như phản ứng chuyển hóa photphat.

Các loại ribozyme

Có năm lớp hoặc loại ribozyme: ba trong số này tham gia vào phản ứng tự điều chỉnh, trong khi hai loại còn lại (ribonuclease P và ribosome RNA) sử dụng một cơ chất khác trong phản ứng xúc tác. Nói cách khác, một phân tử không phải là RNA xúc tác.

Giới thiệu của nhóm I

Loại intron này đã được tìm thấy trong các gen ty thể của ký sinh trùng, nấm, vi khuẩn và thậm chí cả virus (chẳng hạn như thực khuẩn T4).

Ví dụ, ở động vật nguyên sinh của loài Tetrahymena thermofila, một intron được loại bỏ khỏi tiền thân RNA ribosome theo một loạt các bước: đầu tiên, một nucleotide hoặc một nucleoside guanosine phản ứng với liên kết phosphodiester nối intron với phản ứng exon của transesterification.

Sau đó exon tự do thực hiện phản ứng tương tự ở liên kết phosphodiester exon-intron ở cuối nhóm chất nhận của intron.

Giới thiệu nhóm II

Các intron nhóm II được gọi là "tự nối", vì các RNA này có khả năng tự nối. Các intron thuộc loại này được tìm thấy trong tiền chất RNA ti thể ở dòng nấm.

Nhóm I và II và ribonucleases P (xem bên dưới) là những ribozyme có đặc điểm là các phân tử lớn, có thể đạt tới vài trăm nucleotit theo chiều dài và tạo thành các cấu trúc phức tạp.

Giới thiệu nhóm III

Các intron nhóm III được gọi là RNA "tự cắt" và đã được xác định trong các virus gây bệnh thực vật.

Các RNA này có đặc điểm là có thể tự cắt trong phản ứng trưởng thành của RNA bộ gen, bắt đầu từ các tiền chất có nhiều đơn vị.

Trong nhóm này là một trong những ribozyme phổ biến và được nghiên cứu nhiều nhất: ribozyme đầu búa. Điều này được tìm thấy trong các tác nhân lây nhiễm ribonucleic của thực vật, được gọi là viroid.

Những tác nhân này đòi hỏi quá trình tự phân tách để nhân giống và tạo ra nhiều bản sao của chính nó trong một chuỗi RNA liên tục.

Các viroid phải được tách ra khỏi nhau, và phản ứng này được xúc tác bởi trình tự RNA được tìm thấy ở cả hai phía của vùng nối. Một trong những chuỗi này là “đầu búa” và nó được đặt tên vì sự giống nhau của cấu trúc thứ cấp với nhạc cụ này.

Ribonuclease P

Loại ribozyme thứ tư được tạo thành từ cả phân tử ARN và protein. Trong ribonuclease, cấu trúc của RNA rất quan trọng để thực hiện quá trình xúc tác.

Trong môi trường tế bào, ribonuclease P hoạt động giống như chất xúc tác protein, cắt các tiền chất của RNA chuyển để tạo ra đầu 5 'trưởng thành.

Phức hợp này có khả năng nhận biết các mô-típ mà trình tự của chúng không thay đổi trong quá trình tiến hóa (hoặc thay đổi rất ít) của các tiền chất của RNA vận chuyển. Để liên kết chất nền với ribozyme, nó không sử dụng rộng rãi tính bổ sung giữa các chất nền.

Chúng khác với nhóm trước (ribozyme đầu búa) và các RNA tương tự như nhóm này, bởi sản phẩm cuối cùng của quá trình cắt: ribonuclease tạo ra đầu 5 'phosphate.

Ribosome của vi khuẩn

Các nghiên cứu về cấu trúc của ribosome của vi khuẩn đã dẫn đến kết luận rằng nó cũng có các đặc tính của ribozyme. Vị trí phụ trách xúc tác nằm trong tiểu đơn vị 50S.

Ý nghĩa tiến hóa của ribozyme

Việc phát hiện ra các RNA có khả năng xúc tác đã dẫn đến việc tạo ra các giả thuyết liên quan đến nguồn gốc của sự sống và sự tiến hóa của nó trong các giai đoạn mới bắt đầu.

Phân tử này là cơ sở cho giả thuyết "thế giới sơ khai của RNA". Một số tác giả ủng hộ giả thuyết rằng, hàng tỷ năm trước, sự sống phải bắt đầu từ một phân tử nào đó có khả năng xúc tác các phản ứng của chính nó.

Do đó, ribozyme dường như là ứng cử viên tiềm năng cho những phân tử này, nguồn gốc của các dạng sống đầu tiên.

Người giới thiệu

1. Devlin, TM (2004). Hóa sinh: sách giáo khoa với các ứng dụng lâm sàng. Tôi đã đảo ngược.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Ba mươi lăm năm nghiên cứu về ribozyme và xúc tác axit nucleic: ngày nay chúng ta đứng ở đâu ?. F1000Research, 5, F1000 Khoa Rev-1511.
3. Strobel, SA (2002). Ribozyme / RNA xúc tác. Encyclopedia of Molecular Biology.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Cơ bản của Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.
5. Walter, NG & Engelke, DR (2002). Ribozyme: RNA xúc tác cắt mọi thứ, tạo ra mọi thứ và làm những công việc kỳ lạ và hữu ích. Nhà sinh vật học (London, Anh), 49 (5), 199.
6. Watson, JD (2006). Sinh học phân tử của gen. Panamerican Medical Ed.