Ribozymes et ARN catalytique

Molécules d'ARN agissant comme des enzymes — des introns auto-épissables au ribosome — et ce que leur existence implique pour l'origine de la vie.

Definition

Les ribozymes sont des molécules d'ARN qui catalysent des réactions biochimiques spécifiques ; l'ARN catalytique est le phénomène plus large de la catalyse basée sur l'ARN, dans lequel un site actif d'ARN replié, plutôt qu'une protéine, accélère une réaction telle que le clivage de l'ARN, la ligation ou la formation de liaisons peptidiques.

Scope

Ce sujet aborde les réactions catalysées par l'ARN et les molécules qui les réalisent : les introns auto-épissables des groupes I et II, le composant ARN de la RNase P, les petits ribozymes auto-clivants, et le ribosome comme exemple principal de ribozyme naturel. Il examine comment les sites actifs d'ARN repliés réalisent la catalyse et l'impact de l'ARN catalytique sur l'hypothèse du monde à ARN. La biologie générale de la structure de l'ARN est traitée dans un sujet complémentaire.

Core questions

• Comment une molécule d'ARN peut-elle catalyser une réaction chimique ?
• Quels types de réactions les ribozymes naturels réalisent-ils ?
• Pourquoi le ribosome est-il considéré comme un ribozyme ?
• Qu'implique l'ARN catalytique concernant l'évolution précoce de la vie ?

Key theories

L'ARN peut être une enzyme

La démonstration de Cech qu'un intron de Tetrahymena s'excise sans protéine a établi que l'ARN peut se replier en un site actif et catalyser une réaction, renversant l'hypothèse selon laquelle toutes les enzymes sont des protéines.

Implication pour le monde à ARN

Parce que l'ARN peut à la fois stocker des informations et catalyser des réactions, y compris la formation de liaisons peptidiques dans le ribosome, l'ARN catalytique soutient l'hypothèse qu'un métabolisme basé sur l'ARN a précédé l'ADN et les enzymes protéiques.

Mechanisms

Un ribozyme se replie en une structure tertiaire précise qui positionne des groupes réactifs et coordonne souvent des ions métalliques pour stabiliser les états de transition, de manière similaire à une enzyme protéique. Les introns auto-épissables catalysent leur propre excision par des réactions de transestérification ; la sous-unité ARN de la RNase P clive les ARN de transfert précurseurs ; les petits ribozymes auto-clivants coupent leur propre squelette ; et l'ARN du ribosome catalyse la formation de liaisons peptidiques. Dans chaque cas, le pouvoir catalytique réside dans l'ARN replié lui-même, parfois assisté par des protéines associées.

Clinical relevance

Les ribozymes modifiés et la nature ribozymique du ribosome éclairent les outils de recherche ciblant l'ARN et l'action des antibiotiques ; ceci est présenté comme une signification, non comme une directive clinique.

History

Le rapport de Cech en 1982 sur l'ARN auto-épissable et les travaux parallèles d'Altman sur l'ARN catalytique de la RNase P ont établi l'existence de l'ARN catalytique, ce qui a été reconnu par le prix Nobel de chimie en 1989 ; des travaux structuraux ultérieurs montrant que le ribosome est un ribozyme ont consolidé l'importance catalytique de l'ARN.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

Qu'est-ce qu'un ribozyme ?

Une molécule d'ARN qui agit comme une enzyme, utilisant sa structure repliée pour catalyser une réaction chimique telle que la coupure ou la liaison d'ARN.

Pourquoi l'ARN catalytique est-il important pour l'origine de la vie ?

Il montre qu'un seul type de molécule peut à la fois transporter des informations et catalyser des réactions, rendant plausible une vie précoce basée sur l'ARN avant l'existence de l'ADN et des protéines.