Ribozimă
O ribozimă (de la termenul compus acid ribo nucleic și en zima), cunoscută și sub numele de enzimă ARN sau ARN catalitic, este o moleculă de ARN capabilă să catalizeze o reacție chimică similară cu enzimele , care în schimb sunt proteine .
Numeroase ribozime sunt capabile să catalizeze tăierea legăturilor fosfodiester prezente pe alte molecule de ARN, precum și pe ribozimă în sine.
În cursul cercetărilor privind originea vieții , au fost produse ribozime care sunt capabile să-și autocatalizeze propria sinteză în condiții specifice.
Studiile in vitro asupra plierii proteinelor prionice au arătat, de asemenea, că ARN-ul poate cataliza transformarea patologică a proteinei în sine [1] , la fel ca proteinele chaperoninei , arătând caracterul polivalent al ribozimelor.
Descoperirea ribozimelor
Înainte de descoperirea ribozimelor, proteinele erau singurele macromolecule biologice despre care se crede că sunt capabile să efectueze activitate catalitică. În 1967 , Carl Woese , Francis Crick și Leslie Orgel au fost primii care au sugerat că ARN-ul ar putea fi implicat într-un fel de cataliză, pe baza observațiilor unor structuri ARN secundare foarte complexe [2] .
Primul ribozim a fost identificat în 1980 de Thomas R. Cech , care cerceta splicarea ARN- ului în protozoanele ciliate Tetrahymena thermophila . Această ribozimă a fost conținută într-un intron al unui transcript ARN și a fost capabilă să se auto-îndepărteze din catena în sine. În 1989, Thomas R. Cech și Sidney Altman au câștigat Premiul Nobel pentru chimie pentru „descoperirile lor asupra proprietăților catalitice ale ARN” [3] .
Ipoteza asupra originii ribozimelor
Deși majoritatea ribozimelor au o mică concentrație celulară, rolul lor este esențial pentru viață. De exemplu, regiunea funcțională a ribozomului responsabil pentru sinteza proteinelor este în esență un ribozim.
Walter Gilbert a propus că în trecut celulele primordiale foloseau ARN atât ca material genetic, cât și ca moleculă structurală și catalitică: numai mai târziu aceste roluri au fost încredințate ADN-ului și proteinelor . Această ipoteză este cunoscută sub numele de ipoteza lumii ARN . Aceste considerații implică faptul că ribozimele prezente în celule astăzi, precum și ribozomii înșiși, trebuie considerate fosile vii ale unei vieți ancestrale bazate exclusiv pe acizi nucleici.
Tipuri de ribozimă
Cele mai studiate ribozime sunt RNaza P , intronii grupului I și II , leadzima (literalmente plumb-zime ), ribozima acului ( ribozima acului ), ribozima capului ciocanului ( ribozima capului ciocanului ), virusul hepatitei delta ribozimului și ribozimul Tetrahymena termophila . Ele pot fi împărțite în cel puțin cinci categorii.
| Tipul de ribozimă | Rol |
| Introni care efectuează splicing autonom | Unii introni din grupele I, II și III sunt capabili să fie supuși unui splicing printr-un proces autocatalitic. Există, de asemenea, dovezi în creștere că îmbinarea intronilor GU-AG include etapele catalizate de snRNA [4] . |
| RNase P. | Enzima, care creează capetele 5 'ale ARNt bacteriene, este compusă dintr-un ARN (catalitic) și o subunitate proteică (structurală). |
| ARNr | Activitatea peptidil transferazei , necesară pentru crearea legăturii peptidice în timpul sintezei proteinelor, este legată de ARNr 23S al subunității majore a ribozomului. |
| tRNAPhe | Se supune unei tăieri autocatalizate în prezența ionilor de plumb divalenți. Mai general, rolul cofactorilor metalici bivalenți (în special Mg 2+ ) este foarte important în aproape toate ribozimele studiate. |
| telomeraza | Protejarea capetelor cromozomilor de degradare și scurtare. |
| virale genomilor | Replicarea genomului ARN al unor virusuri implică ribozime în tăierea genomului nou sintetizat unul după altul. Exemple în acest sens sunt viroidele plantelor și viroidul hepatitei delta. |
Ribozime sintetice
De la descoperirea primelor ribozime prezente în celule, a crescut interesul pentru studiul noilor ribozime sintetice, proiectate în laborator. De exemplu, s-au produs ARN-uri de tăiere automată care au prezentat o activitate enzimatică ridicată. În același timp, au fost izolate enzimele ARN ligază care leagă împreună două fragmente de ARN. Au fost izolate mai multe ribozime care catalizează diferite reacții chimice (de exemplu, Diels-Alder, legături peptice etc.). Tehnica utilizată pentru a produce ribozime artificiale a fost dezvoltată la începutul anilor 1990 în laboratoarele Jack W. Szostak ( Harvard ) și Gerald Joyce ( Scripps Research Institute ) și este cunoscută sub numele de „evoluție in vitro”. Această tehnică constă în supunerea unui set mare de molecule de ARN, având secvențe diferite, la diferite cicluri de selecție, amplificare (prin intermediul tehnicii PCR) și mutație. Moleculele care îndeplinesc proprietățile dorite vor fi selectate și amplificate, în timp ce moleculele inactive nu vor fi amplificate. Această tehnică se bazează pe aplicarea la nivel molecular a regulilor evoluției darwiniene.
Notă
- ^(EN) Supattapone S, Prion protein in vitro conversion , Journal of Molecular Medicine (2004) vol.82, 348-356.
- ^(EN) Mills GC și Kenyon D, The RNA World: A Critique , Origins & Design (1996) Vol.17,1.
- ^(EN)Alocarea justificativă a lui Cech și Altman a Premiului Nobel pentru chimie în 1989
- ^(EN) A Newman,Molecular biology. Enzime ARN pentru îmbinarea ARN , Nature , 2001, 18 octombrie; 413 (6857): 695-6.
linkuri externe
- ( EN ) Structuri și mecanisme de ribozimă , pe ncbi.nlm.nih.gov .
- ( EN ) Sinteza de novo și dezvoltarea unei enzime ARN , pe pnas.org .
- ( EN ) Evoluția direcționată a enzimelor acidului nucleic. , la ncbi.nlm.nih.gov .
- ( EN ) Lorsch JR, Szostak JW, Evoluția in vitro a noilor ribozime cu activitate polinucleotid kinazică, Nature 371, 31-36 , pe nature.com .
- Ribozima , în Treccani.it - Enciclopedii online , Institutul Enciclopediei Italiene.
