11.13: Rybozymy

Termin rybozym jest używany w odniesieniu do RNA, które może działać jako enzym. Rybozymy znajdują się głównie w wybranych wirusach, bakteriach, organellach roślinnych i niższych eukariontach. Rybozymy zostały po raz pierwszy odkryte w 1982 roku, kiedy laboratorium Toma Cecha zaobserwowało introny grupy I działające jako enzymy. Wkrótce potem w laboratorium Sida Altmana odkryto inny rybozym, Ribonulcease P. Zarówno Cech, jak i Altman otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1989 roku za pracę nad rybozymami.

Rybozymy można podzielić na dwie grupy w zależności od ich wielkości – duże i małe. Duże rybozymy mogą mieć różną wielkość od kilkuset do kilku tysięcy nukleotydów. Introny typu I i II oraz bakteryjna rybonukleaza P są dużymi rybozymami. Małe rybozymy mają długość od 30 do 150 nukleotydów. Znajdują się one w wielu chorobotwórczych wirusach roślinnych i wirusie zapalenia wątroby typu delta (HDV), ludzkim patogenie. Hammerhead, spinka do włosów, HDV i satelita Varkud to powszechne typy małych rybozymów. Większość dużych rybozymów potrzebuje jonów metali, zwłaszcza Mg²⁺, do swojej aktywności, ale jony metali nie są niezbędne dla większości małych rybozymów. Rybozym glmS, w mRNA glmS, jest unikalnym a-rybozymem, ponieważ działa również jako ryboprzełącznik, gdy 6-fosforan glukozaminy jest obecny w wysokich stężeniach.

Większość naturalnie występujących rybozymów katalizuje samorozszczepienie, zrywając wiązania fosfodiestrowe obecne w ich własnym RNA. W przeciwieństwie do typowego enzymu białkowego, większość rybozymów przeprowadza reakcję pojedynczego obrotu, ponieważ po samorozszczepieniu nie są już aktywne. Jednak dwa rybozymy – rybonulcease P i 23S RNA w podjednostce rybosomalnej 50S przeprowadzają różne reakcje. Bakteryjna rybonukleaza P to kompleks RNA-białkowy, który ma aktywność endonukleazy i wymaga jonów Mg²⁺. Jego składnik RNA działa na końcu 5′ przedwczesnego tRNA, aby wytworzyć dojrzały koniec 5′. RNA 23S obecne w rybosomie różni się od wszystkich innych znanych naturalnych rybozymów, ponieważ zamiast reakcji przenoszenia fosforylu przeprowadza reakcje tworzenia wiązań peptydowych podczas translacji.

Ponieważ RNA może działać jako nośnik informacji genetycznej, a także enzymów, przypuszcza się, że “świat RNA” mógł istnieć w przeszłości, w którym RNA odgrywało ważną rolę w rozwoju wczesnych form życia. Jednak wraz z ewolucją złożonych form życia, białka z dwudziestoma aminokwasami mogły zacząć działać jako enzymy i przejąć wiele reakcji przeprowadzanych przez rybozymy. Teoria ta jest wspierana przez opracowane in vitro sztuczne rybozymy, które mogą przeprowadzać niezliczone reakcje, takie jak tworzenie wiązań amidowych, tworzenie wiązań glikozydowych, tworzenie wiązań węgiel-węgiel i reakcje utleniania-redukcji.