RIBOZYME: EIGENSCHAFTEN UND TYPEN - BIOLOGIE - 2025

Die Ribozyme sind RNA (Ribonukleinsäure) mit katalytischer Kapazität, die in der Lage ist, die im Körper auftretenden chemischen Reaktionen zu beschleunigen. Einige Ribozyme können alleine wirken, während andere die Anwesenheit eines Proteins benötigen, um effektiv zu katalysieren.

Die bisher entdeckten Ribozyme sind an Reaktionen zur Erzeugung von Transfer-RNA-Molekülen und an Spleißreaktionen beteiligt: ​​Umesterung, die an der Entfernung von Introns aus RNA-Molekülen beteiligt sind, ob Botenstoff, Transfer oder ribosomal. Abhängig von ihrer Funktion werden sie in fünf Gruppen eingeteilt.

Quelle: Von Frédéric Dardel aus Wikimedia Commons

Die Entdeckung von Ribozymen hat das Interesse vieler Biologen geweckt. Diese katalytischen RNAs wurden als potenzieller Kandidat für die Moleküle vorgeschlagen, aus denen möglicherweise die ersten Lebensformen hervorgegangen sind.

Darüber hinaus verwenden sie wie viele Viren RNA als genetisches Material und viele von ihnen sind katalytisch. Daher bieten Ribozyme Möglichkeiten zur Herstellung von Arzneimitteln, die diese Katalysatoren angreifen sollen.

Historische Perspektive

Viele Jahre lang glaubte man, dass die einzigen Moleküle, die an der biologischen Katalyse teilnehmen können, Proteine ​​sind.

Proteine ​​bestehen aus zwanzig Aminosäuren - jede mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften -, die es ihnen ermöglichen, sich zu einer Vielzahl komplexer Strukturen wie Alpha-Helices und Beta-Faltblättern zusammenzuschließen.

1981 wurde das erste Ribozym entdeckt, was das Paradigma beendete, dass die einzigen biologischen Moleküle, die katalysieren können, Proteine ​​sind.

Die Strukturen von Enzymen ermöglichen es, ein Substrat aufzunehmen und in ein bestimmtes Produkt umzuwandeln. RNA-Moleküle haben auch diese Fähigkeit, Reaktionen zu falten und zu katalysieren.

Tatsächlich ähnelt die Struktur eines Ribozyms der eines Enzyms mit all seinen wichtigsten Teilen, wie dem aktiven Zentrum, der Substratbindungsstelle und der Cofaktorbindungsstelle.

RNAse P war eines der ersten entdeckten Ribozyme und besteht sowohl aus Proteinen als auch aus RNA. Es ist an der Erzeugung von Transfer-RNA-Molekülen ausgehend von größeren Vorläufern beteiligt.

Eigenschaften der Katalyse

Ribozyme sind katalytische RNA-Moleküle, die Phosphorylgruppentransferreaktionen um Größenordnungen von 10 ⁵ bis 10 ¹¹ beschleunigen können .

In Laborexperimenten wurde auch gezeigt, dass sie an anderen Reaktionen wie der Phosphatumesterung beteiligt sind.

Arten von Ribozymen

Es gibt fünf Klassen oder Arten von Ribozymen: Drei davon sind an selbstmodifizierenden Reaktionen beteiligt, während die verbleibenden zwei (Ribonuklease P und ribosomale RNA) ein anderes Substrat für die katalytische Reaktion verwenden. Mit anderen Worten, ein anderes Molekül als katalytische RNA.

Introns der Gruppe I.

Diese Art von Introns wurde in mitochondrialen Genen von Parasiten, Pilzen, Bakterien und sogar Viren (wie dem Bakteriophagen T4) gefunden.

Beispielsweise wird in den Protozoen der Spezies Tetrahymena thermofila ein Intron in einer Reihe von Schritten aus dem ribosomalen RNA-Vorläufer entfernt: Zunächst reagiert ein Nukleotid oder ein Guanosin-Nukleosid mit der Phosphodiesterbindung, die das Intron mit der Exonreaktion verbindet der Umesterung.

Das freie Exon führt dann die gleiche Reaktion an der Exon-Intron-Phosphodiester-Bindung am Ende der Akzeptorgruppe des Introns durch.

Introns der Gruppe II

Introns der Gruppe II sind als "Selbstspleißen" bekannt, da diese RNAs zum Selbstspleißen fähig sind. Introns in dieser Kategorie finden sich in mitochondrialen RNA-Vorläufern in der Pilzlinie.

Die Gruppen I und II sowie die Ribonukleasen P (siehe unten) sind Ribozyme, die sich durch große Moleküle auszeichnen, die bis zu mehreren hundert Nukleotika lang werden können und komplexe Strukturen bilden.

Introns der Gruppe III

Introns der Gruppe III werden als "selbstschneidende" RNA bezeichnet und wurden in pflanzenpathogenen Viren identifiziert.

Diese RNAs haben die Besonderheit, sich in der Reifungsreaktion genomischer RNAs ausgehend von Vorläufern mit vielen Einheiten schneiden zu können.

In dieser Gruppe ist eines der beliebtesten und untersuchten Ribozyme: Hammerhead-Ribozym. Dies findet sich in ribonukleären Infektionserregern von Pflanzen, sogenannten Viroiden.

Diese Mittel erfordern den Selbstspaltungsprozess, um sich zu vermehren und mehrere Kopien von sich selbst in einer kontinuierlichen RNA-Kette zu produzieren.

Die Viroide müssen voneinander getrennt werden, und diese Reaktion wird durch die RNA-Sequenz katalysiert, die sich auf beiden Seiten der Verbindungsregion befindet. Eine dieser Sequenzen ist der „Hammerkopf“, der nach der Ähnlichkeit seiner Sekundärstruktur mit diesem Instrument benannt ist.

Ribonuklease P.

Die vierte Art von Ribozym besteht sowohl aus RNA- als auch aus Proteinmolekülen. In Ribonukleasen ist die Struktur der RNA entscheidend für die Durchführung des katalytischen Prozesses.

In der zellulären Umgebung wirkt Ribonuklease P auf die gleiche Weise wie Proteinkatalysatoren und schneidet Vorläufer der Transfer-RNA, um ein reifes 5'-Ende zu erzeugen.

Dieser Komplex ist in der Lage, Motive zu erkennen, deren Sequenzen sich im Verlauf der Evolution (oder nur sehr wenig) der Vorläufer der Transfer-RNA nicht geändert haben. Um das Substrat mit Ribozym zu binden, wird die Komplementarität zwischen Basen nicht in großem Umfang genutzt.

Sie unterscheiden sich von der vorherigen Gruppe (Hammerkopf-Ribozyme) und RNAs, die dieser ähnlich sind, durch das Endprodukt des Schnitts: Ribonuklease erzeugt ein 5'-Phosphatende.

Bakterielles Ribosom

Untersuchungen der Struktur des Ribosoms von Bakterien haben zu dem Schluss geführt, dass es auch Eigenschaften eines Ribozyms aufweist. Die für die Katalyse zuständige Stelle befindet sich in der 50S-Untereinheit.

Evolutionäre Implikationen von Ribozymen

Die Entdeckung von RNAs mit katalytischen Kapazitäten hat zur Generierung von Hypothesen geführt, die sich auf den Ursprung des Lebens und seine Entwicklung in beginnenden Stadien beziehen.

Dieses Molekül ist die Grundlage für die Hypothese der "frühen Welt der RNA". Mehrere Autoren unterstützen die Hypothese, dass das Leben vor Milliarden von Jahren mit einem bestimmten Molekül begonnen haben muss, das seine eigenen Reaktionen katalysieren kann.

Daher scheinen Ribozyme potenzielle Kandidaten für diese Moleküle zu sein, aus denen die ersten Lebensformen hervorgegangen sind.

Verweise

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