Ribozimas

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As ribozimas são tipos especiais de RNA que podem atuar como enzimas. Os substratos para as ribozimas mais naturais são ligações de fosfodiésteres RNA. A única exceção conhecida a esta é o RNA ribossómico de 23s na ribossomose bacteriana, que catalisa a formação da ligação peptídica.

Ribozimas foram encontradas em todos os tipos de organismos e são semelhantes às enzimas baseadas em proteínas, já que ambas aumentam a taxa de reações. Muitas ribozimas precisam de íons metálicos, como o magnésio, como cofatores para reações catalisantes. Algumas classes de intrões podem atuar como ribozimas.

Os intrões são categorizados em cinco classes distintas mRNA nuclear, tRNA nuclear, archaeal, intrões do grupo I e do grupo II.Os intrões dos grupos I e II são grandes ribozimas que têm várias centenas de nucleótidos de comprimento e são encontrados em mitocôndrias fúngicas e vegetais, cloroplastos, bacteriófagos e vírus eucarióticos. Eles podem unir sem a ajuda de quaisquer proteínas. Enquanto que intrões nucleares são unidos pelo spliceossoma, um RNA e proteína contendo complexo enzimático.

As ribozimas pequenas têm geralmente 50 a 150 nucleótidos de comprimento e são motivos de sequência autoclivagem de nucleótidos. Estes podem ser encontrados em muitos vírus de planta de RNA, assim como, o vírus do delta da hepatite, um patógeno humano. O processo de replicação nestes vírus produz RNA longo com múltiplas unidades do genoma viral, onde cada unidade carrega uma ribozima pequena como hammerhead.

Estas enzimas de hammerhead regularmente espaçadas são submetidas a autoclivagem, r resultando na quebra do RNA longo em segmentos individuais do genoma. A maioria das ribozimas clivam sua própria sequência de nucleotídeos. No entanto, a ribonuclease P pode clivar outras moléculas de RNA.

A ribonuclease P é encontrada em algumas bactérias e processa o tRNA precursor para gerar uma extremidade madura de 5 primos. As ribozimas naturalmente disponíveis são conhecidas por catalisar uma gama estreita de reações, como a transferência de fosforilo em ácidos nucleicos e a formação de ligações peptídicas em proteínas. Cientistas sintetizaram ribozimas artificiais no laboratório, que podem realizar uma ampla gama de reações, como a formação de ligação carbono-carbono e reações de redução de oxidação.

Overview

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O termo ribozima é usado para RNA que pode atuar como uma enzima. As ribozimas são encontradas principalmente em vírus, bactérias, organelas vegetais e eucariotos inferiores selecionados. As ribozimas foram descobertas pela primeira vez em 1982, quando o laboratório de Tom Cech observou íntrons do Grupo I agindo como enzimas. Isto foi logo seguido pela descoberta de outra ribozima, Ribonulcease P, pelo laboratório de Sid Altman. Tanto Cech quanto Altman receberam o Prêmio Nobel de Química em 1989 por seu trabalho com ribozimas.

As ribozimas podem ser categorizadas em dois grupos dependendo do seu tamanho – grandes e pequenos. As ribozimas grandes podem variar em tamanho de algumas centenas a vários milhares de nucleotídeos. Os íntrons tipo I e II e a ribonuclease P bacteriana são ribozimas grandes. As ribozimas pequenas têm de 30 a 150 nucleotídeos de comprimento. Eles são encontrados em muitos vírus patogênicos de plantas e no vírus da hepatite delta (HDV), um patógeno humano. Hammerhead, hairpin, HDV e satélite Varkud são tipos comuns de pequenas ribozimas. A maioria das ribozimas grandes necessita de íons metálicos, especialmente Mg²⁺, para sua atividade, mas os íons metálicos não são necessários para a maioria das ribozimas pequenas. A ribozima glmS, no mRNA glmS, é uma a-ribozima única, pois também atua como um riboswitch quando a glucosamina 6-fosfato está presente em altas concentrações.

A maioria das ribozimas que ocorrem naturalmente catalisam a autoclivagem, quebrando as ligações fosfodiéster presentes em seu próprio RNA. Ao contrário de uma enzima proteica típica, a maioria das ribozimas realiza uma reação de renovação única porque, após a autoclivagem, elas não estão mais ativas. No entanto, duas ribozimas - Ribonulcease P e o RNA 23S na subunidade ribossômica 50S realizam reações diferentes. A ribonuclease P bacteriana é um complexo RNA-proteína que possui atividade endonuclease e requer íons Mg²⁺. Seu componente de RNA atua na extremidade 5' do tRNA prematuro para produzir a extremidade 5' madura. O RNA 23S presente no ribossomo é diferente de todas as outras ribozimas naturais conhecidas, pois, em vez de reações de transferência de fosforil, realiza reações de formação de ligações peptídicas durante a tradução.

Como o RNA pode atuar como transportador de informação genética e também de enzimas, levanta-se a hipótese de que um “mundo de RNA” pode ter existido no passado, onde o RNA desempenhou um papel importante no desenvolvimento das primeiras formas de vida. Porém, com a evolução de formas de vida complexas, proteínas com vinte aminoácidos podem ter começado a atuar como enzimas e assumido as diversas reações realizadas pelas ribozimas. Esta teoria obtém apoio das ribozimas artificiais desenvolvidas in vitro que podem realizar uma infinidade de reações, como formação de ligações amida, formação de ligações glicosídicas, formação de ligações carbono-carbono e reações de oxidação-redução.