ריבוזימים: מאפיינים וסוגים - ביולוגיה - 2025

Ribozymes הוא RNA (חומצה ריבונוקלאית) עם קיבולת קטליטי, היא מסוגלת להאיץ את התגובות הכימיות המתרחשות בגוף. חלק מהריבוזימים יכולים לפעול לבד, בעוד שאחרים דורשים נוכחות של חלבון כדי לזרז ביעילות.

הריבוזימים שהתגלו עד כה משתתפים בתגובות של דור של מולקולות RNA העברה ובתגובות שחבור: טרנזיסטציה שמשתתפת בהוצאת אינטרונים ממולקולות RNA, בין אם מסנג'ר, טרנספר או ריבוזומלי. בהתאם לתפקידם, הם מסווגים לחמש קבוצות.

מקור: מאת פרדריק דרדל, מתוך ויקימדיה

גילוי הריבוזימים עורר את התעניינותם של ביולוגים רבים. RNA קטליטי אלה הוצעו כמועמד פוטנציאלי למולקולות שהולידו אולי צורות חיים ראשונות.

יתר על כן, כמו וירוסים רבים הם משתמשים ב- RNA כחומר גנטי ורבים מהם הם קטליטיים. לפיכך, ריבוזימים מציעים הזדמנויות ליצירת תרופות המבקשות לתקוף זרזים אלה.

פרספקטיבה היסטורית

במשך שנים רבות האמינו כי המולקולות היחידות שיכולות להשתתף בקטליזה ביולוגית היו חלבונים.

חלבונים מורכבים מעשרים חומצות אמינו - כל אחת בעלת תכונות פיסיקליות וכימיות שונות - המאפשרות להן להתקבץ למגוון רחב של מבנים מורכבים, כמו מסני אלפא ויריעות בטא.

בשנת 1981 התגלתה הגילוי של הריבוזמה הראשונה, והסתיימה בפרדיגמה כי המולקולות הביולוגיות היחידות המסוגלות לזרז הן חלבונים.

מבני האנזימים מאפשרים לקחת מצע ולהפוך אותו למוצר מסוים. למולקולות RNA יש גם יכולת זו לקפל ולקטל תגובות.

למעשה, המבנה של ריבוזזים דומה למבנה של אנזים, על כל החלקים הבולטים בו, כמו האתר הפעיל, אתר הכריכה של המצע ואתר הכריכה של הקופקטור.

RNAse P היה אחד מהריבוזימים הראשונים שהתגלו ומורכב משני חלבונים ו- RNA. הוא משתתף ביצירת מולקולות RNA העברות החל מקודמים גדולים יותר.

מאפייני הקטליזה

Ribozymes הם מולקולות RNA קטליטי מסוגל להאיץ תגובות העברת הקבוצה phosphoryl ידי סדרי גודל של 10 ⁵ כדי 10 ¹¹ .

בניסויים במעבדה, הוכח כי הם גם משתתפים בתגובות אחרות, כמו למשל טרנזיסטציה של פוספט.

סוגי ריבוזימים

ישנם חמש שיעורים או סוגים של ריבוזימים: שלושה מהם משתתפים בתגובות לשינוי עצמי, בעוד ששני הנותרים (ribonuclease P ו- RIB ribomomal) משתמשים במצע שונה בתגובה הקטליטית. במילים אחרות, מולקולה שאינה RNA קטליטי.

אינטרונים מקבוצה א

סוגים אלה של אינטרונים נמצאו בגנים המיטוכונדריים של טפילים, פטריות, חיידקים ואפילו וירוסים (כמו בקטריופאג T4).

לדוגמה, בפרוטוזואה של המין טטרהימנה תרמופילה, מוסר אינטרון ממבשר RNA ריבוזומלי בסדרת שלבים: ראשית, נוקלאוטיד או נוקלאוזיד גואנוזין מגיב עם הקשר הפוספודיאסטר שמצטרף לאינטרון עם האקסון - תגובה של טרנזסטרציה.

לאחר מכן האקסון החופשי מבצע את אותה תגובה בקשר האקסון-אינטרון פוספודיאסטר בסוף קבוצת המקבלים של האינטרון.

אינטרונים מקבוצה II

אינטרונים מקבוצה II מכונים "שחבור עצמי", מכיוון ש- RNA אלה מסוגלים לשחבץ את עצמם. אינטרונים בקטגוריה זו נמצאים במבשרי RNA מיטוכונדריאליים בשושלת הפטרייה.

קבוצות I ו- II ו- ribonucleases P (ראה להלן) הם ריבוזימים המאופיינים בהיותם מולקולות גדולות, שיכולות להגיע עד כמה מאות אורך גרעין, ויוצרים מבנים מורכבים.

אינטרונים מקבוצה III

אינטרונים מקבוצה III נקראים RNA "חותך עצמי" וזוהו בנגיפים פתוגניים מהצומח.

RNAs אלה יש את המוזרות שהם מסוגלים לחתוך את עצמם בתגובת ההבשלה של RNAs גנומיים, החל מקודמים עם יחידות רבות.

בקבוצה זו הוא אחד הריבוזימים הפופולריים והנחקרים ביותר: ריבוזמה של האמר. זה נמצא בגורמים זיהומיים ריבונוקלאיים של צמחים, הנקראים וירואידים.

סוכנים אלה דורשים מתהליך המחשוף העצמי להתפשט ולהפיק עותקים מרובים של עצמה בשרשרת RNA רציפה.

יש להפריד את הנגיף זה מזה, ותגובה זו מנותזת על ידי רצף ה- RNA שנמצא משני צידי אזור הצומת. אחד מהרצפים הללו הוא "ראש הפטיש" והוא נקרא בגלל הדמיון של המבנה המשני שלו למכשיר זה.

Ribonuclease P

הסוג הרביעי של ריבוזימים מורכב הן ממולקולות RNA והן של מולקולות חלבון. בריבונוקליזות, מבנה ה- RNA חיוני לביצוע התהליך הקטליטי.

בסביבה התאית, ריבונוקליזה P פועלת באותו אופן כמו זרזי חלבון, חותכת מבשרי RNA להעברה על מנת ליצור סוף 5 'בוגר.

קומפלקס זה מסוגל לזהות מוטיבים שהרצפים שלהם לא השתנו במהלך האבולוציה (או השתנו מעט מאוד) של מבשרי RNA העברה. בכדי לקשור את המצע בריבוזימים הוא אינו עושה שימוש נרחב בהשלמה בין הבסיסים.

הם נבדלים מהקבוצה הקודמת (ribozymes Hammerhead) ו- RNAs הדומה לקבוצה זו, על ידי התוצר הסופי של החיתוך: הריבונוקליז מייצר סוף פוספט של 5 '.

ריבוזום חיידקי

מחקרים על מבנה הריבוזום של חיידקים הובילו למסקנה שיש לו גם תכונות של ריבוזזים. האתר האחראי על הקטליזה נמצא ביחידת המשנה 50S.

השלכות אבולוציוניות של ריבוזימים

גילוי RNA עם יכולות קטליטיות הוביל ליצירת השערות הקשורות למקור החיים והתפתחותם בשלבים מתחילים.

מולקולה זו היא הבסיס להשערת "העולם המוקדם של RNA". כמה מחברים תומכים בהשערה שלפני מיליארדי שנים החיים כנראה התחילו במולקולה מסוימת שיש לה את היכולת לזרז את התגובות שלהם.

לפיכך, נראה כי ריבוזימים הם מועמדים פוטנציאליים למולקולות אלה שמקורן בצורות החיים הראשונות.

הפניות

1. Devlin, TM (2004). ביוכימיה: ספר לימוד עם יישומים קליניים. התהפכתי.
2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). שלושים וחמש שנים של מחקר על ריבוזימים וקטליזה של חומצות גרעין: איפה אנו עומדים כיום? F1000 מחקר, 5, הפקולטה F1000 Rev-1511.
3. סטרובל, ס.א. (2002). ריבוזמה / RNA קטליטי. אנציקלופדיה לביולוגיה מולקולרית.
4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). יסודות הביוכימיה. פנמריקנית רפואית אד.
5. וולטר, נ.ג., ואנגלקה, ד"ר (2002). Ribozymes: RNA קטליטי החותך דברים, הופך דברים ועושה עבודות משונות ושימושיות. ביולוג (לונדון, אנגליה), 49 (5), 199.
6. ווטסון, ג'יי.די (2006). ביולוגיה מולקולרית של הגן. פנמריקנית רפואית אד.