Рибозимы

Рибозим (сокращение от «рибонуклеиновая кислота» и «энзим»), также называемая ферментативной РНК или каталитической РНК — это молекула РНК, обладающая каталитическим действием. Многие рибозимы естественного происхождения катализируют расщепление самих себя или других молекул РНК, кроме того образование пептидной связи в белках происходит при помощи рРНК рибосомы. В рамках исследований, посвященных происхождению жизни, удалось создать искусственные рибозимы типа РНК-полимеразы, способные при определенных условиях катализировать свою собственную сборку[1]. Первые лабораторные образцы показали невысокую каталитическую способность: они успевают собрать в цепочку не более 14 нуклеотидов за 24 часа, по истечении которых они разлагаются за счет гидролиза фосфодиэфирных связей, однако результат постепенно улучшается: в 2011 году достигнуто значение в 95 нуклеотидов[2].

Открытие

До открытия рибозимов ферменты — белки, обладающие каталитическими свойствами[3], — считались единственными органическими катализаторами. В 1967 году Карл Вёзе, Френсис Крик и Лесли Оргель впервые выдвинули предположение, что РНК может быть катализатором. Это предположение основывалось на том, что РНК может образовывать сложную вторичную структуру[4]. Сейчас известно, что рибозимы и многие другие молекулы РНК имеют сложную третичную структуру[5].

Каталитическая активность РНК впервые была обнаружена в 1980-е годы у пре-рРНК Томасом Чеком, изучавшим сплайсинг РНК у инфузории Tetrahymena thermophila, и Сидни Олтменом (Альтманом), работавшим с бактериальной рибонуклеазой P.

Рибозимом оказался участок молекулы пре-рРНК Tetrahymena, кодируемый интроном внехромосомного гена рДНК; этот участок осуществлял аутосплайсинг, то есть сам вырезал себя при созревании рРНК. Каталитическая активность также была обнаружена в РНК-субъединице комплекса рибонуклеазы P, участвующей в обработке пре-тРНК (впоследствии Альтман доказал, что эта активность может обеспечиваться рибозимом без участия белков).

В 1989 году Чек и Альтман (иногда эту фамилию пишут на русском "Олтмен") получили Нобелевскую премию по химии за «обнаружение каталитических свойств РНК»[6].

Термин рибозим был введён Келли Крюгер и др. в статье, опубликованной в журнале Cell в 1982 году.

Действие

Хотя большинство рибозимов редко встречаются в клетках, иногда они очень важны для их существования. Например, активная часть рибосомы — молекулярной машины, осуществляющей трансляцию белков из РНК, — является рибозимом.

В качестве кофакторов некоторые рибозимы часто содержат двухвалентные ионы металлов, например, Mg2+.

То обстоятельство, что РНК может содержать наследственную информацию, позволило Уолтеру Гилберту выдвинуть предположение, что в древности РНК использовалась как в качестве генетического материала, так и в качестве катализаторов и структурных компонентов клетки, а впоследствии эти роли были перераспределены между ДНК и белками. Эта гипотеза сейчас известна как Гипотеза мира РНК.

Если РНК были первыми молекулярными машинами, использовавшимися в ранних живых клетках, то рибозимы, существующие сегодня (например, аппарат рибосомы), могут считаться живыми ископаемыми — образцами живых существ, состоящих из нуклеиновых кислот.

Недавние исследования сворачивания прионов показывают, что РНК может катализировать сворачивание белка в патологические конфигурации подобно ферментам-шаперонам[7].

Известные рибозимы

Естественные рибозимы

В природе обнаружены следующие рибозимы:

Синтетические рибозимы

После обнаружения естественных рибозимов начались и исследования новых синтетических рибозимов, созданных в пробирке. Например, получены саморасщепляющиеся РНК, обладающие высокой каталитической активностью.

Тан и Брейкер[8] выделили саморасщепляющиеся РНК путём отбора фрагментов из РНК, сформированных случайным образом. Среди синтетических рибозимов есть как обладающие уникальной структурой, не встречающейся или не обнаруженной в живой природе, как и другие, весьма схожие с природным рибозимом типа hammerhead.

Одна из методик обнаружения синтетических рибозимов — эволюционный метод. Этот подход полагается на двойственную природу РНК, которая является как катализатором, так и информационной цепочкой. За счёт такой двойственности довольно просто создать большие разнообразия РНК-катализаторов при помощи ферментов типа полимераз. Полученные рибозимы подвергаются мутациям путём обратной транскрипции при помощи обратных транскриптаз с образованием фрагментов кДНК в процессе мутагенной полимеразной цепной реакции.

См. также

Примечания
  1. Johnston W., Unrau P., Lawrence M., Glasner M., Bartel D. RNA-catalyzed RNA polymerization: accurate and general RNA-templated primer extension (англ.) // Science : journal. — 2001. — Vol. 292, no. 5520. — P. 1319—1325. — PMID 11358999. Архивировано 27 февраля 2012 года.
  2. Aniela Wochner, James Attwater, Alan Coulson, Philipp Holliger. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme (англ.) // Science : journal. — 2011. — Vol. 332, no. 6026. — P. 209—212.
  3. Enzyme definition Dictionary.com Accessed 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. Stability of hairpin ribozyme tertiary structure is governed by the interdomain junction. Nature Structural Biology, 1999, 6, p. 544—549 doi:10.1038/9316
  6. Нобелевская премия по химии в 1989 присуждена Томасу Чеку и Сидни Олтмену «за обнаружение каталитических свойств РНК».
  7. «Prion protein conversion in vitro» by S. Supattapone (2004) in Journal of Molecular Medicine Volume 82, pages 348—356.
  8. Jin Tang and Ronald R. Breaker. Structural diversity of self-cleaving ribozymes (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1997. — Vol. 97, no. 11. — P. 5784—5789. — PMID 10823936.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.