Ribozymes

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Les ribozymes sont des types spéciaux d'ARN qui peuvent agir comme enzymes. Les substrats de la plupart des ribozymes naturels sont des liaisons phosphodiester ARN. La seule exception connue est l'ARN ribosomique 23s dans le ribosome bactérien, qui catalyse la formation de la liaison peptide.

Des ribozymes ont été trouvés dans tous les types d'organismes et sont similaires aux enzymes à base de protéines car ils augmentent tous les deux le taux de réactions. Beaucoup de ribozymes ont besoin d'ions métalliques, comme le magnésium, en tant que cofacteurs pour catalyser les réactions. Certaines classes d'introns peuvent agir comme des ribozymes.

Les introns sont classés en cinq classes distinctes-ARNm nucléaire, ARNt nucléaire, introns archéens, groupe I et groupe II.Les introns des groupes I et II sont de grandes ribozymes qui font plusieurs centaines de nucléotides de longs et se trouvent dans les mitochondries fongiques et végétales, les chloroplastes, les bactériophages et les virus eucaryotes. Ils peuvent s'auto-épisser sans l'aide de protéines. Alors que les introns nucléaires sont épissés par le splicéosome, complexe enzymatique contenant de l'ARN et des protéines.

Les ribozymes de petite taille font généralement de 50 à 150 nucéotides de long et ont des motifs de séquences de nucléotides auto-clivantes. Ces virus peuvent être trouvés dans de nombreux ARN viraux de plantes ainsi que dans le virus de l'hépatite delta, un agent pathogène humain. Le processus de réplication de ces virus produit de longs ARN portant plusieurs unités du génome viral, où chaque unité porte un petit ribozyme en tête de marteau.

Ces enzymes en tête de marteau régulièrement espacées subissent un auto-clivage, entraînant la rupture du long ARN en segments de génome individuels. La plupart des ribozymes clivent leur propre séquence nucléotidique. Cependant, la ribonucléase P peut cliver d'autres molécules d'ARN.

La ribonucléase P se trouve dans certaines bactéries et traite l'ARNt précurseur pour générer une extrémité 5 prime mature. Les ribozymes disponibles naturellement sont connus pour catalyser une gamme étroite de réactions, telles que le transfert de phosphate dans les acides nucléiques et la formation de liaison peptidique dans les protéines. Des scientifiques ont synthétisé des ribozymes artificiels en laboratoire, qui peuvent effectuer un large éventail de réactions, comme la formation de liaison carbone-carbone et les réactions d'oxydoréduction.

Overview

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Le terme ribozyme est utilisé pour désigner l’ARN qui peut agir comme une enzyme. Les ribozymes se trouvent principalement dans certains virus, bactéries, organites végétaux et eucaryotes inférieurs. Les ribozymes ont été découverts pour la première fois en 1982 lorsque le laboratoire de Tom Cech a observé des introns du groupe I agissant comme des enzymes. Cela a été peu suivi par la découverte d’un autre ribozyme, Ribonulcease P, par le laboratoire de Sid Altman. Cech et Altman ont reçu le prix Nobel de chimie en 1989 pour leurs travaux sur les ribozymes.

Les ribozymes peuvent être classés en deux groupes selon leur taille : grands et petits. La taille des grands ribozymes peut varier de quelques centaines à plusieurs milliers de nucléotides. Les introns de type I et II et la ribonucléase P bactérienne sont de gros ribozymes. Les petits ribozymes mesurent de 30 à 150 nucléotides. On les retrouve dans de nombreux virus végétaux pathogènes et dans le virus de l'hépatite delta (HDV), un pathogène humain. Le satellite Hammerhead, Hairpin, HDV et Varkud sont des types courants de petits ribozymes. La plupart des grands ribozymes ont besoin d'ions métalliques, en particulier Mg2+, pour leur activité, mais les ions métalliques ne sont pas nécessaires pour la plupart des petits ribozymes. Le ribozyme glmS, dans l'ARNm glmS, est un a-ribozyme unique car il agit également comme un riboswitch lorsque la glucosamine 6-phosphate est présente à des concentrations élevées.

La plupart des ribozymes naturels catalysent l'auto-clivage rompant les liaisons phosphodiester présentes dans leur propre ARN. Contrairement à une enzyme protéique classique, la plupart des ribozymes effectuent une réaction à renouvellement unique car, après auto-clivage, ils ne sont plus actifs. Cependant, deux ribozymes - la Ribonulcease P et l'ARN 23S dans la sous-unité ribosomale 50S - effectuent des réactions différentes. La ribonucléase P bactérienne est un complexe ARN-protéine qui a une activité endonucléase et nécessite des ions Mg2+. Son composant ARN agit sur l'extrémité 5' de l'ARNt prématuré pour produire l'extrémité 5' mature. L'ARN 23S présent dans le ribosome est différent de tous les autres ribozymes naturels connus car au lieu de réactions de transfert de phosphoryle, il effectue des réactions de formation de liaisons peptidiques pendant la traduction.

Comme l’ARN peut agir comme porteur d’informations génétiques ainsi que d’enzymes, on émet l’hypothèse qu’un « monde de l’ARN » aurait pu exister dans le passé, où l’ARN a joué un rôle important dans le développement des premières formes de vie. Cependant, avec l’évolution de formes de vie complexes, des protéines comportant vingt acides aminés pourraient avoir commencé à agir comme des enzymes et prendre en charge les nombreuses réactions réalisées par les ribozymes. Cette théorie est soutenue par les ribozymes artificiels développés in vitro qui peuvent effectuer une myriade de réactions telles que la formation de liaisons amide, la formation de liaisons glycosidiques, la formation de liaisons carbone-carbone et les réactions d'oxydo-réduction.