Ribozymes: karakteristik dan jenis

ribozymes adalah RNA (asam ribonukleat) dengan kapasitas katalitik, ia mampu mempercepat reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh. Beberapa ribozim dapat bertindak sendiri, sementara yang lain membutuhkan kehadiran protein untuk mengkatalisis secara efektif.

Ribozim yang ditemukan sejauh ini berpartisipasi dalam reaksi pembentukan molekul RNA transfer dan dalam reaksi penyambungan : transesterifikasi yang berpartisipasi dalam penghilangan intron dari molekul RNA, baik pembawa pesan, transfer, atau ribosom. Berdasarkan fungsinya, mereka diklasifikasikan menjadi lima kelompok.

Ribozymes: karakteristik dan jenis

Sumber: Oleh Frédéric Dardel [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) atau CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], dari Wikimedia Commons

Penemuan ribozim telah menarik minat banyak ahli biologi. RNA katalitik ini telah diusulkan sebagai kandidat potensial untuk molekul yang mungkin memunculkan bentuk kehidupan pertama.

Selain itu, seperti banyak virus, mereka menggunakan RNA sebagai materi genetik dan banyak di antaranya bersifat katalitik. Oleh karena itu, ribozim menawarkan peluang untuk pembuatan obat yang berusaha menyerang katalis ini.

Indeks artikel

Perspektif sejarah

Selama bertahun-tahun diyakini bahwa satu-satunya molekul yang mampu berpartisipasi dalam katalisis biologis adalah protein.

Protein terdiri dari dua puluh asam amino – masing-masing dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda – yang memungkinkan mereka untuk dikelompokkan bersama menjadi berbagai struktur kompleks, seperti heliks alfa dan lembaran beta.

Pada tahun 1981, penemuan ribozim pertama terjadi, mengakhiri paradigma bahwa satu-satunya molekul biologis yang mampu mengkatalisis adalah protein.

Struktur enzim memungkinkan untuk mengambil substrat dan mengubahnya menjadi produk tertentu. Molekul RNA juga memiliki kemampuan untuk melipat dan mengkatalisis reaksi.

Faktanya, struktur ribozim menyerupai enzim, dengan semua bagiannya yang paling menonjol, seperti situs aktif, situs pengikatan substrat, dan situs pengikatan kofaktor.

RNAse P adalah salah satu ribozim pertama yang ditemukan dan terdiri dari protein dan RNA. Ini berpartisipasi dalam generasi molekul RNA transfer mulai dari prekursor yang lebih besar.

Karakteristik katalisis

Ribozim adalah molekul RNA katalitik yang mampu mempercepat reaksi transfer gugus fosforil dengan urutan besarnya 10 5 hingga 10 11 .

Dalam percobaan laboratorium, mereka juga telah terbukti berpartisipasi dalam reaksi lain, seperti transesterifikasi fosfat.

Jenis ribozim

Ada lima kelas atau jenis ribozim: tiga di antaranya berpartisipasi dalam reaksi modifikasi sendiri, sedangkan dua sisanya (ribonuklease P dan RNA ribosom) menggunakan substrat yang berbeda dalam reaksi katalitik. Dengan kata lain, molekul selain RNA katalitik.

Grup I Intron

Jenis intron ini telah ditemukan dalam gen mitokondria parasit, jamur, bakteri dan bahkan virus (seperti bakteriofag T4).

Misalnya, dalam protozoa spesies Tetrahymena thermofila, sebuah intron dikeluarkan dari prekursor RNA ribosom dalam serangkaian langkah: pertama, nukleotida atau nukleosida guanosin bereaksi dengan ikatan fosfodiester yang menggabungkan intron dengan ekson – reaksi dari transesterifikasi.

Ekson bebas kemudian melakukan reaksi yang sama pada ikatan fosfodiester ekson-intron di ujung gugus akseptor intron.

Intron Grup II

Intron Grup II dikenal sebagai “self-splicing”, karena RNA ini mampu melakukan self-splicing. Intron dalam kategori ini ditemukan dalam prekursor RNA mitokondria dalam garis keturunan jamur.

Grup I dan II dan P ribonuklease (lihat di bawah) adalah ribozim yang dicirikan oleh molekul besar, yang panjangnya dapat mencapai beberapa ratus nukleotik, dan membentuk struktur kompleks.

Intron Grup III

Intron kelompok III disebut RNA “memotong sendiri” dan telah diidentifikasi dalam virus patogen tanaman.

RNA ini memiliki kekhasan yaitu mampu memotong diri dalam reaksi pematangan RNA genomik, dimulai dari prekursor dengan banyak unit.

Dalam kelompok ini adalah salah satu ribozim yang paling populer dan dipelajari: ribozim martil. Ini ditemukan pada agen ribonukleat tanaman yang menular, yang disebut viroid.

Agen-agen ini memerlukan proses pembelahan diri untuk menyebarkan dan menghasilkan banyak salinan dirinya sendiri dalam rantai RNA yang berkelanjutan.

Viroid harus dipisahkan satu sama lain, dan reaksi ini dikatalisis oleh urutan RNA yang ditemukan di kedua sisi daerah persimpangan. Salah satu urutan ini adalah “kepala palu” dan dinamai karena kesamaan struktur sekundernya dengan instrumen ini.

Ribonuklease P

Jenis keempat ribozim terdiri dari RNA dan molekul protein. Dalam ribonuklease, struktur RNA sangat penting untuk melakukan proses katalitik.

Dalam lingkungan seluler, ribonuklease P bekerja dengan cara yang sama seperti katalis protein, memotong prekursor RNA transfer untuk menghasilkan ujung 5 ‘yang matang.

Kompleks ini mampu mengenali motif yang urutannya tidak berubah selama evolusi (atau sangat sedikit berubah) dari prekursor RNA transfer. Untuk mengikat substrat dengan ribozim, tidak banyak menggunakan komplementaritas antara basa.

Mereka berbeda dari kelompok sebelumnya (ribozim kepala martil) dan RNA yang mirip dengan yang ini, dengan produk akhir pemotongan: ribonuklease menghasilkan ujung fosfat 5 ‘.

Ribosom bakteri

Studi struktur ribosom bakteri telah mengarah pada kesimpulan bahwa ia juga memiliki sifat ribozim. Situs yang bertanggung jawab atas katalisis terletak di subunit 50S.

Implikasi evolusioner dari ribozim

Penemuan RNA dengan kapasitas katalitik telah menghasilkan hipotesis yang berkaitan dengan asal usul kehidupan dan evolusinya pada tahap awal.

Molekul ini adalah dasar untuk hipotesis “dunia awal RNA”. Beberapa penulis mendukung hipotesis bahwa, miliaran tahun yang lalu, kehidupan pasti dimulai dengan molekul tertentu yang memiliki kemampuan untuk mengkatalisis reaksinya sendiri.

Dengan demikian, ribozim tampaknya menjadi kandidat potensial untuk molekul-molekul yang berasal dari bentuk kehidupan pertama.

Referensi

  1. Devlin, TM (2004). Biokimia: buku teks dengan aplikasi klinis . saya terbalik.
  2. Müller, S., Appel, B., Balke, D., Hieronymus, R., & Nübel, C. (2016). Tiga puluh lima tahun penelitian ribozim dan katalisis asam nukleat: di mana kita berdiri hari ini?. F1000Research, 5, F1000 Fakultas Rev-1511.
  3. Strobel, SA (2002). Ribozim / RNA Katalitik. Ensiklopedia Biologi Molekuler .
  4. Voet, D., Voet, JG, & Pratt, CW (2014). Dasar-dasar Biokimia. Ed. Medis Panamerika.
  5. Walter, NG, & Engelke, DR (2002). Ribozymes: RNA katalitik yang memotong sesuatu, membuat sesuatu, dan melakukan pekerjaan aneh dan berguna. Ahli Biologi (London, Inggris) , 49 (5), 199.
  6. Watson, JD (2006). Biologi molekuler gen . Ed. Medis Panamerika.