Ribozimas e RNA Catalítico

Moléculas de RNA que atuam como enzimas — desde íntrons com auto-splicing até o ribossomo — e o que sua existência implica para a origem da vida.

Definition

Ribozimas são moléculas de RNA que catalisam reações bioquímicas específicas; RNA catalítico é o fenômeno mais amplo da catálise baseada em RNA, na qual um sítio ativo de RNA dobrado, em vez de uma proteína, acelera uma reação como clivagem de RNA, ligação ou formação de ligação peptídica.

Scope

Este tópico aborda as reações catalisadas por RNA e as moléculas que as realizam: íntrons de auto-splicing dos grupos I e II, o componente de RNA da RNase P, pequenas ribozimas de auto-clivagem e o ribossomo como o principal exemplo de uma ribozima natural. Ele discute como os sítios ativos de RNA dobrados alcançam a catálise e a relevância do RNA catalítico para a hipótese do mundo de RNA. A biologia geral da estrutura do RNA é abordada em um tópico complementar.

Core questions

• Como uma molécula de RNA pode catalisar uma reação química?
• Que tipos de reações as ribozimas naturais realizam?
• Por que o ribossomo é considerado uma ribozima?
• O que o RNA catalítico implica sobre a evolução inicial da vida?

Key theories

O RNA pode ser uma enzima

A demonstração de Cech de que um íntron de Tetrahymena se excisa sem proteína estabeleceu que o RNA pode se dobrar em um sítio ativo e catalisar uma reação, derrubando a suposição de que todas as enzimas são proteínas.

Implicação do mundo de RNA

Como o RNA pode tanto armazenar informações quanto catalisar reações, incluindo a formação de ligações peptídicas no ribossomo, o RNA catalítico apoia a hipótese de que um metabolismo baseado em RNA precedeu o DNA e as enzimas proteicas.

Mechanisms

Uma ribozima dobra-se em uma estrutura terciária precisa que posiciona grupos reativos e frequentemente coordena íons metálicos para estabilizar estados de transição, de forma muito semelhante a uma enzima proteica. Os íntrons de auto-splicing catalisam sua própria excisão através de reações de transesterificação; a subunidade de RNA da RNase P cliva RNAs de transferência precursores; pequenas ribozimas de auto-clivagem rompem sua própria cadeia principal; e o RNA do ribossomo catalisa a formação de ligações peptídicas. Em cada caso, o poder catalítico reside no próprio RNA dobrado, às vezes auxiliado por proteínas associadas.

Clinical relevance

Ribozimas projetadas e a natureza ribozímica do ribossomo informam ferramentas de pesquisa direcionadas ao RNA e a ação antibiótica; oferecido como significado, não como orientação clínica.

History

O relato de Cech em 1982 sobre o RNA de auto-splicing e o trabalho paralelo de Altman sobre o RNA catalítico da RNase P estabeleceram o RNA catalítico, reconhecido pelo Prêmio Nobel de Química de 1989; trabalhos estruturais posteriores mostrando que o ribossomo é uma ribozima consolidaram a importância catalítica do RNA.

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

O que é uma ribozima?

Uma molécula de RNA que atua como uma enzima, usando sua estrutura dobrada para catalisar uma reação química, como cortar ou unir RNA.

Por que o RNA catalítico é importante para a origem da vida?

Isso mostra que um tipo de molécula pode tanto carregar informações quanto catalisar reações, tornando plausível uma vida inicial baseada em RNA antes da existência do DNA e das proteínas.