ریبوزیم‌ها و RNA کاتالیزوری

مولکول‌های RNA که به عنوان آنزیم عمل می‌کنند — از اینترون‌های خودبرش‌دهنده تا ریبوزوم — و آنچه وجود آن‌ها برای منشأ حیات دلالت دارد.

Definition

ریبوزیم‌ها مولکول‌های RNA هستند که واکنش‌های بیوشیمیایی خاصی را کاتالیز می‌کنند؛ RNA کاتالیزوری پدیده گسترده‌تری از کاتالیز مبتنی بر RNA است که در آن یک جایگاه فعال RNA تاشده، به جای یک پروتئین، واکنشی مانند برش RNA، اتصال، یا تشکیل پیوند پپتیدی را تسریع می‌کند.

Scope

این موضوع واکنش‌های کاتالیز شده توسط RNA و مولکول‌هایی که آن‌ها را انجام می‌دهند را پوشش می‌دهد: اینترون‌های خودبرش‌دهنده گروه I و II، جزء RNA ریبونوکلئاز P، ریبوزیم‌های کوچک خودبرش‌دهنده، و ریبوزوم به عنوان نمونه اصلی یک ریبوزیم طبیعی. این موضوع به چگونگی دستیابی جایگاه‌های فعال RNA تاشده به کاتالیز و ارتباط RNA کاتالیزوری با فرضیه جهان RNA می‌پردازد. زیست‌شناسی عمومی ساختار RNA در یک موضوع همراه پوشش داده شده است.

Core questions

• چگونه یک مولکول RNA می‌تواند یک واکنش شیمیایی را کاتالیز کند؟
• ریبوزیم‌های طبیعی چه نوع واکنش‌هایی را انجام می‌دهند؟
• چرا ریبوزوم یک ریبوزیم در نظر گرفته می‌شود؟
• RNA کاتالیزوری چه دلالتی برای تکامل اولیه حیات دارد؟

Key theories

RNA می‌تواند یک آنزیم باشد

اثبات سچ (Cech) مبنی بر اینکه یک اینترون تتراهیمنا (Tetrahymena) بدون پروتئین خود را برش می‌دهد، نشان داد که RNA می‌تواند به یک جایگاه فعال تا شود و یک واکنش را کاتالیز کند، و این فرض را که همه آنزیم‌ها پروتئین هستند، رد کرد.

دلالت جهان RNA

از آنجا که RNA می‌تواند هم اطلاعات را ذخیره کند و هم واکنش‌ها را کاتالیز کند، از جمله تشکیل پیوند پپتیدی در ریبوزوم، RNA کاتالیزوری از این فرضیه حمایت می‌کند که یک متابولیسم مبتنی بر RNA قبل از DNA و آنزیم‌های پروتئینی وجود داشته است.

Mechanisms

یک ریبوزیم به یک ساختار سوم دقیق تا می‌شود که گروه‌های واکنش‌دهنده را در موقعیت مناسب قرار می‌دهد و اغلب یون‌های فلزی را برای تثبیت حالت‌های گذار هماهنگ می‌کند، دقیقاً مانند یک آنزیم پروتئینی. اینترون‌های خودبرش‌دهنده برش خود را از طریق واکنش‌های ترانس‌استریفیکاسیون کاتالیز می‌کنند؛ زیرواحد RNA ریبونوکلئاز P RNAهای ناقل پیش‌ساز را برش می‌دهد؛ ریبوزیم‌های کوچک خودبرش‌دهنده ستون فقرات خود را قطع می‌کنند؛ و RNA ریبوزوم تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند. در هر مورد، قدرت کاتالیزوری در خود RNA تاشده نهفته است، که گاهی اوقات توسط پروتئین‌های مرتبط کمک می‌شود.

Clinical relevance

ریبوزیم‌های مهندسی‌شده و ماهیت ریبوزیمی ریبوزوم، ابزارهای تحقیقاتی هدفمند RNA و عملکرد آنتی‌بیوتیکی را روشن می‌کنند؛ این موارد به عنوان اهمیت ارائه شده‌اند، نه راهنمایی بالینی.

History

گزارش سال 1982 سچ (Cech) در مورد RNA خودبرش‌دهنده و کار موازی آلتمن (Altman) در مورد RNA کاتالیزوری ریبونوکلئاز P، RNA کاتالیزوری را تثبیت کرد که با جایزه نوبل شیمی در سال 1989 به رسمیت شناخته شد؛ کارهای ساختاری بعدی که نشان داد ریبوزوم یک ریبوزیم است، اهمیت کاتالیزوری RNA را محکم کرد.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

ریبوزیم چیست؟

یک مولکول RNA که به عنوان آنزیم عمل می‌کند و از ساختار تاشده خود برای کاتالیز یک واکنش شیمیایی مانند برش یا اتصال RNA استفاده می‌کند.

چرا RNA کاتالیزوری برای منشأ حیات اهمیت دارد؟

این نشان می‌دهد که یک نوع مولکول می‌تواند هم اطلاعات را حمل کند و هم واکنش‌ها را کاتالیز کند، که زندگی اولیه مبتنی بر RNA را قبل از وجود DNA و پروتئین‌ها محتمل می‌سازد.